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`Situación actual del ecosistema urbano`

La ciudad se puede entender como un ecosistema [1] siendo el hombre y sus sociedades subsistemas del mismo. Contiene una comunidad de organismos vivos, un medio físico que se va transformando fruto de la actividad interna, y un funcionamiento a base de intercambios de materia, energía e información. Su principal particularidad reside en los grandes recorridos horizontales de los recursos de agua, alimentos, electricidad y combustibles que genera, capaces de explotar otros ecosistemas lejanos y provocar importantes desequilibrios territoriales. La sostenibilidad de los sistemas agrarios ha marcado tradicionalmente la sostenibilidad local de los asentamientos, hasta que la Revolución Industrial genera un cambio en la escala territorial de los sistemas urbanos estableciendo redes que facilitan el transporte horizontal de abastecimientos y residuos.
El modelo de intercambio de materia y energía de una ciudad es opuesto al de un ecosistema natural, ya que en éstos los ciclos son muy cortos y el transporte de materias y energía es eminentemente vertical. El intercambio gaseoso que en los ecosistemas naturales se reduce a la fotosíntesis y la respiración en el caso de la ciudad incluirían los gases de la combustión de calefacciones, coches e industrias.

La ciudad crea sus propias condiciones intrínsecas ambientales, lumínicas, de paisaje, geomorfológicas, etc independientemente de las de su entorno y con sus características particulares propias. Por lo tanto el concepto general del ecosistema urbano estaría constituido por todos los factores que se enumeran a continuación:

Climáticos: temperatura, humedad, y viento.
Físicos: nueva geomorfología territorial.
Lumínicos: consideraciones relativas a la luz.
De equilibrio ambiental: ruidos, vibraciones, etc.
Paisajísticos: con el medio circundante.
Sociales y psicológicos: de relaciones interpersonales urbanas.

En este estudio se van a concretar los factores climáticos relativos al ecosistema urbano, profundizando en los mismos para establecer las condiciones térmicas y energéticas que diferencian a la ciudad de su entorno circundante. No se consideran, por tanto, el resto de los campos en los que la ciudad altera sustancialmente las condiciones originarias de un lugar, para valorar sus repercusiones y elaborar las respuestas adecuadas en cada una de esas áreas.
La idea final del análisis es poder establecer una relación clara y directa entre los condicionantes naturales existentes en un determinado lugar, y su transformación a lo largo del tiempo, positiva o negativa, como consecuencia del asentamiento de la población, y considerarlos para que los desarrollos urbanos del futuro estén adecuados a su medio natural.
El funcionamiento milenario de la biosfera ofrece un ejemplo modélico de sistema que se comporta de modo globalmente sostenible. La Tierra es un sistema abierto de energía pero cerrado en materiales. Sin embargo los ecosistemas urbanos son sistemas abiertos [2], esto es necesitan degradar energía y materiales para mantenerse en vida, y no solo del entorno local sino que degradan amplias áreas territoriales. La cuestión clave está en que la economía de los hombres sepa aprovechar la energía solar y sus derivados renovables para cerrar los ciclos de materiales, posibilitando que los residuos de éstos se conviertan otra vez en recursos. Lo cual evitaría el progresivo deterioro de la Tierra por agotamiento de los recursos y contaminación por los residuos.
Para el mantenimiento de la atmósfera terrestre existen los ciclos biológicos, que mantienen estable tanto los aportes como las salidas de oxígeno, por lo que ésta permanece equilibrada. Los principales ciclos son los siguientes:

El ciclo biológico. Es el de la reacción química de la fotosíntesis y su inversa la respiración. Gracias a ella los componentes de oxígeno y dióxido de carbono, O₂ y CO₂, están estrechamente ligados y equilibran sus concentraciones. Dentro de los ciclos biológicos destacan:

el del oxígeno atmosférico, gracias a la acumulación en los océanos, el O₂ se repone a la atmósfera. Es sorprendente la constancia de sus proporciones en la composición del aire, al proceder de tan diversas reacciones, y actualmente no constituye un elemento problemático por que su ciclo sigue siendo estable.
el del dióxido de carbono, con fácil disolubilidad en el agua conteniendo los océanos más de 60 veces de CO₂ que la atmósfera, y éstos pueden ser fuente o sumidero dependiendo de las circunstancias. El CO₂ atmosférico sí supone un serio problema medioambiental, ya que su concentración no es constante.

Los ciclos de nitrógeno y argón atmosféricos. Complementan con los dos anteriores las cuatro componentes básicas del aire. Sin embargo el nitrógeno es muy poco activo, comparándolo con el O₂ o el CO₂, y el argón al ser un gas noble es totalmente estable.

el ciclo del nitrogeno, su flujo es insignificante en comparación de su enorme abundancia, ya que está presente en la corteza terrestre, en los océanos, en los animales y en las plantas. Su exhalación molecular es el principal fuente de nitrógeno atmosférico. Sus principales productoras son las bacterias, pero es un tema de preocupación medioambiental su enorme producción por parte del hombre.
el ciclo del argón, se acumuló en la atmósfera por desintegración radiactiva del potasio y por su nula actividad ha ido progresivamente incrementando su concentración atmosférica.

El ciclo de los compuestos del nitrógeno. Estos son el óxido nitroso N₂O, el amoníaco NH₃, y el dióxido de nitrógeno NO₂. La reducción de nitratos mediante bacterias y las descargas atmosféricas constituyen las principales fuentes. El aumento de los fertilizantes nitrogenados pueden constituir a medio plazo un serio problema medioambiental.

El ciclo de los compuestos del carbono. Estos compuestos son, el metano CH₄, y el monóxido de carbono CO. En el ciclo del CO intervienen los procesos biológicos, producido por microorganismos de las aguas superficiales de los océanos, y la fotosíntesis. Sus concentraciones son muy variables en las ciudades y en el campo, y constituye un serio problema medioambiental ya que el hombre se ha convertido en su principal productor, cuantificadas en unas 200 millones de toneladas anuales, superando las fuentes naturales. En cuanto al metano también ha sufrido un aumento en su concentración, causada por la contribución humana al efecto invernadero.

El ciclo de los compuestos del azufre. Son compuestos transitorios del estado de oxidación del azufre: el sulfuro de hidrógeno H₂S, el dióxido de azufre SO₂, y el trióxido de azufre SO₃. El SO₂, se combina rápidamente con el agua para formar ácido sulfúrico SO₄H₂. Su fuente principal son las superficies pantanosas, albuferas y marismas por la descomposición bacterial de la materia orgánica y por la combustión. El SO₂ procedente de las industrias por la combustión de los combustibles con presencia de azufre, constituye uno de los principales problemas ambientales de las zonas industriales.

El ciclo del ozono atmosférico. Junto con el vapor de agua, el ozono constituye los dos gases no permanentes más importantes sometidos a procesos de transformación continuos. El ozono estratosférico, es donde se concentra principalmente en la llamada "capa de ozono", protectora de las nocivas radiaciones ultravioletas procedentes del sol. También está presente, aunque en menores concentraciones en la troposfera, pero de vital importancia para los procesos de contaminación atmosférica. El ozono se forma por colisiones entre átomos y moléculas de oxígeno, y puede ser destruido por la acción de la radiación solar o por colisiones con oxígeno monoatómico. Esta continua transformación de oxígeno a ozono y viceversa se mantiene en equilibrio fotoquímico por encima de los 30 km, pero se acumula en niveles más bajos limitada por las pérdidas de :

las reacciones cerca del suelo entre materiales oxidables y el ozono (transportado hasta aquí por turbulencias del aire).
el efecto sobre el ozono de los óxidos de nitrógeno de la estratosfera. Dado que la presencia de óxidos de nitrógeno NO, son poco frecuentes actualmente en la atmósfera este camino es poco importante, sin embargo las exhalaciones de los aviones supersónicos pueden alterar los NO.

Otro factor destructor del ozono son los compuestos del flúor y del cloro, empleados en la refrigeración. El contenido de ozono no es estable a lo largo del año, y es relativamente bajo en el Ecuador y alto sobre latitudes superiores a los 50.N. Durante la larga "noche polar", el ozono se acumula en los polos al no poder ser destruido fotoquímicamente por la falta de energía solar. Las continuas mediciones de la capa de ozono revelaron que sus concentraciones en la Antártida era prácticamente nula durante la primavera austral, y hoy constituye un hecho indiscutible la presencia del "agujero de ozono austral". En la zona boreal también han descendido los niveles de la capa de ozono en los últimos años, reflejo de las variaciones y cambios que ha introducido el hombre en el medio natural.

El ciclo hidrológico. Los procesos de evaporación, condensación y precipitación del agua determinan sus valores de concentración atmosférica, de sus relaciones tierra-mar-aire y de sus tres estados físicos: gaseoso-líquido-sólido. En el cuadro siguiente se resumen los ciclos naturales expuestos anteriormente, especificando cuales son las fuentes y sumideros urbanos que servirán de modelo para establecer los ciclos ecológicos urbanos, extrapolación de los ciclos naturales sobre la ciudad y su entorno circundante.

Los ciclos naturales y el equilibrio medioambiental [3]

COMPUESTO FUENTE SUMIDERO RIESGO

0₂
Oxígeno Fotosíntesis. Respiración, oxidación y combustión. Alta estabilidad.
Bajo riesgo.

CO₂
Dióxido de carbono Respiración, masa oceánica, y acción del hombre. Fotosíntesis y la masa oceánica por su alta disolubilidad. Concentraciones muy variables.
Muy alto riesgo.

N
Nitrógeno Corteza terrestre, fijación a través de plantas leguminosas y bacterias. Acción del hombre. Compuestos orgánicos facilitados por microorganismos. Alta estabilidad. Riesgo moderado ante la acción humana.

Ar
Argón Desintegración radioactiva del postasio. Irrelevantes. Alta estabilidad y concentración.
Sin riesgo.

N₂O
Dióxido nitrógeno Reducción a nitratos por medio de las bacterias y descargas atmosféricas. Biológico y descomposición fotoquímica en la estratosfera. Estabilidad alta.
Riesgo moderado ante los abonos nitrogenados.

NH₃
Amoníaco Descomposición biológica de la materia orgánica. Caída libre, barrido.
Por la lluvia, diluido, disuelto o lavado. Estable.
Riesgo moderado.

CO
Monóxido carbono Microorganismos de los océanos, y combustión incompleta. Acción humana. Consunción bacterial del suelo y fotosíntesis. Variabilidad en la ciudad y el campo. Alto riesgo, efecto invernadero.

CH₄
Metano Degradación de la materia orgánica en tierras pantanosas. Acción humana por el crecimiento demográfico y del ganado vacuno. Oxidación y procesos biológicos. Variable.
Alto riesgo, efecto invernadero.

H₂S
Sulfuro hidrógeno Emanaciones de tierras pantanosas por descomposición bacterial materia orgánica. Caída libre, barrido.
Por la lluvia, diluido, disuelto o lavado. Riego moderado.

SO₂
Dióxido azufre Combustión. Por actividades industriales al quemar combustibles con azufre. Caída libre, barrido.
Por la lluvia, diluido, disuelto o lavado. Aumento de su concentración.
Alto riesgo.

O₃
Ozono Colisiones entre átomos y moléculas de oxígeno. Acción de la radiación solar o colisiones con oxígeno monoatómico. Compuestos de fluor. Industria. Concentraciones muy variables y en alarmante descenso. Alto riesgo.

H₂O
Ciclo hidrológico Evaporación y condensación. Precipitación. Ciclo estable.
Sin riesgos.

El medio urbano supone una profunda alteración de las condiciones físicas y ambientales de un territorio. El calor emitido por la quema de combustibles y el uso de la electricidad alcanza en las ciudades un peso importante con relación al emitido por el sol, sobre todo en el invierno, originando los trastornos climáticos locales conocidos como "inversión térmica". La conductividad de los materiales constructivos es varias veces superior a la que tendría el territorio en su estado natural y agrava el problema de la disipación del calor [4]. La gran cantidad de superficies lisas, asfaltadas, modifican por un lado la escorrentía superficial para la evacuación de las aguas de lluvia, creándose otras vias; impiden la penetración de agua en el subsuelo en zonas de recargas de acuíferos; y por último aumentan el albedo de suelo y la radiación difusa. El alcantarillado reduce la evapotraspiración del suelo y plantas. La sostenibilidad local de las ciudades se ha venido apoyando en una creciente insostenibilidad global de los procesos urbanos de apropiación de recursos y eliminación de residuos, hasta el momento actual.
En el caso de Madrid, en 1956 el 10% del suelo estaba ocupado por usos urbanos indirectos como embalses, vertederos, actividades extractivas y carreteras frente al 23% del año 1980 [5]. Desde 1960 a 1968 se dobló en consumo de energía per capita en esta Comunidad. Respecto al consumo diario por persona de la conurbación madrileña en 1983 (según Naredo y Frías, 1987) se puede estimar en:

2,6 kilos equivalentes de petróleo
252 litros de agua
2 kilos de alimentos y bebidas
8 kilos de materiales de construcción
214 litros de aguas residuales
1/4 de generación de fangos en las depuradoras
5 kilos de vertidos atmosféricos
6 kilos de residuos inertes, escombros
1 kilo de residuos industriales (1/5 tóxicos o peligrosos)
1 kilo de residuos sólidos urbanos

Estas cifras evidencian la insostenibilidad urbana donde se consumen cantidades masivas de recursos no renovables y generan cantidades enormes de residuos que no se reciclan. El apoyo en fuentes energéticas renovables es casi nulo. Pensar en nuevas estrategias en la que los modelos urbanos territoriales sean más compatibles con el medio ambiente, es uno de los principales retos actuales, y también a las conclusiones a las que se quiere llegar desde esta investigación.
El desequilibrio ambiental se manifiesta mediante una serie de síntomas que constituyen los elementos básicos de la patología urbana en el momento actual. Se resumen en la siguiente tabla las alteraciones que introduce la ciudad sobre su territorio circundante, estableciendo los síntomas de la patología urbana actual de nuestras ciudades. Para ello se diferencian en uno de los lados de la tabla los ciclos urbanos (atmosférico, hidrológico, materia orgánica y residuos y energético), y en el otro los síntomas más importantes que manifiestan esta patología urbana a que se ha hecho referencia.

Desequilibrios urbanos actuales

Ciclo urbano Síntomas de la patología urbana

Atmosférico
O₂ CO₂ CO SO₂ O₃ Aumento de la contaminación ambiental, polución.
Aumento del CO₂ y CO.
Recalentamiento de la atmósfera urbana.
Efecto de isla térmica urbana.
Menor renocación del aire con respecto al entorno.

Hidrológico
O₂ H₂O Desequilibrio ambiental.
Disminución humedad relativa áreas densificadas.
Alteración acuíferos naturales.
Aumento de las escorrentías superficiales.
Salinización de suelos por regadíos intensivos.
Contaminación aguas superficiales y subterráneas.
Alteración del clima urbano (precipitación y temperatura).

Materia orgánica y residuos
N Ar N₂O NH₃ CH₄ Aumento de los residuos sólidos urbanos de materia orgánica, con excedente de nutrientes.
Alteración de la composición del suelo.
Contaminación de las aguas subterráneas por infiltraciones.
Salinización de las tierras, pérdida de fertilidad.

Energético Agotamiento de las energías no renovables.
Coste energético y contaminación.

Fuente: Elaboración propia

A continuación se ejemplifica esta patología con datos cuantitativos obtenidos para el casco urbano de una población de la Comunidad de Madrid: Tielmes. La cuantificación es el resultado de multiplicar los estandares unitarios por el número de habitantes o la superficie del término municipal, según los casos. Los datos sirven tan sólo de encuadre general de la patología local de un asentamiento, y se basan principalmente en los datos de población (1.845 habitantes en el período 1980-1990). En el cuadro se plantea el desequilibrio final entre fuentes y sumideros.

Fuentes urbanas de Tielmes	Sumideros urbanos de Tielmes
1. CICLO ATMOSFÉRICO URBANO Emisión total de contaminantes: * SO₂ 3.136 kg/año * NOx 21.771 kg/año * CO₂ 14.617 kg/año	Dilución atmosférica. Depósito partículas en suspensión. Transporte de contaminación por vientos.
2. CICLO HIDROLÓGICO Precipitación: 295 mm Depósito agua municipal Río Tajuña para riegos	Evaporación 350 a 500 mm Consumos urbanos 36,9 m³/día Recarga acuíferos 200 Hm³ Consumos regadíos 400 a 500 Hm³
3. CICLO MATERIA ORGÁNICA Total residuos urbanos 67,34 T/año	Vertedero convencional mancomunado en el término de Colmenar de Oreja
4. CICLO ENERGÉTICO Ene. solar teórica invi. 2.507 MWh/año Ene. solar teórica ver. 6.774 MWh/año Energía eólica 0 Energía minihidraúlica 0	Ene. reflejada invierno 1.329 MWh/año Ene. reflejada verano 3.590 MWh/año Ene. absorbida invierno 1.178 MWh/año Ene. absorbida verano 3.183 MWh/año Consumo eléctrica 6.106 MWh/año

Esther Higueras

Fecha de referencia: 22-07-1998

1: Ecosistema: Relación multivariada entre organismos y medio ambiente en un espacio determinado, llegando a lograr una constancia en ese medio ambiente. MARGALEF, R. 1986

2: J. M. Naredo [1996] Sobre el origen, el uso y el contenido del término sostenible (Ciudades para un futuro más sostenible, MOPTMA.)

3: Elaboración propia a partir de los datos resumidos del apartado anterior.

4: Estos datos y los siguientes han sido obtenidos en MOPTMA: [1988] Medio Ambiente en España; [1993] Informe de Transporte y Medio Ambiente; Tested, Wood, Ferari [1990] Energy and Environment en the 21st Century (MIT Press) ; J.C. Duplessy, A. Pons, R. Fontechi Climate and global change (Comisión Europea) ; Instituto de Estudios Medio Ambientales de Milán European Environmental Book; F. Diaz Pineda Ecología: conceptos básicos.

5: J.M. Naredo [1996] Sobre la insostenibilidad de las actuales conurbaciones y el modo de paliarla (Primer Catálogo Español de Buenas prácticas. MOPTMA.)

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COMPUESTO	FUENTE	SUMIDERO	RIESGO
0₂ Oxígeno	Fotosíntesis.	Respiración, oxidación y combustión.	Alta estabilidad. Bajo riesgo.
CO₂ Dióxido de carbono	Respiración, masa oceánica, y acción del hombre.	Fotosíntesis y la masa oceánica por su alta disolubilidad.	Concentraciones muy variables. Muy alto riesgo.
N Nitrógeno	Corteza terrestre, fijación a través de plantas leguminosas y bacterias. Acción del hombre.	Compuestos orgánicos facilitados por microorganismos.	Alta estabilidad. Riesgo moderado ante la acción humana.
Ar Argón	Desintegración radioactiva del postasio.	Irrelevantes.	Alta estabilidad y concentración. Sin riesgo.
N₂O Dióxido nitrógeno	Reducción a nitratos por medio de las bacterias y descargas atmosféricas.	Biológico y descomposición fotoquímica en la estratosfera.	Estabilidad alta. Riesgo moderado ante los abonos nitrogenados.
NH₃ Amoníaco	Descomposición biológica de la materia orgánica.	Caída libre, barrido. Por la lluvia, diluido, disuelto o lavado.	Estable. Riesgo moderado.
CO Monóxido carbono	Microorganismos de los océanos, y combustión incompleta. Acción humana.	Consunción bacterial del suelo y fotosíntesis.	Variabilidad en la ciudad y el campo. Alto riesgo, efecto invernadero.
CH₄ Metano	Degradación de la materia orgánica en tierras pantanosas. Acción humana por el crecimiento demográfico y del ganado vacuno.	Oxidación y procesos biológicos.	Variable. Alto riesgo, efecto invernadero.
H₂S Sulfuro hidrógeno	Emanaciones de tierras pantanosas por descomposición bacterial materia orgánica.	Caída libre, barrido. Por la lluvia, diluido, disuelto o lavado.	Riego moderado.
SO₂ Dióxido azufre	Combustión. Por actividades industriales al quemar combustibles con azufre.	Caída libre, barrido. Por la lluvia, diluido, disuelto o lavado.	Aumento de su concentración. Alto riesgo.
O₃ Ozono	Colisiones entre átomos y moléculas de oxígeno.	Acción de la radiación solar o colisiones con oxígeno monoatómico. Compuestos de fluor. Industria.	Concentraciones muy variables y en alarmante descenso. Alto riesgo.
H₂O Ciclo hidrológico	Evaporación y condensación.	Precipitación.	Ciclo estable. Sin riesgos.

Ciclo urbano	Síntomas de la patología urbana
Atmosférico O₂ CO₂ CO SO₂ O₃	Aumento de la contaminación ambiental, polución. Aumento del CO₂ y CO. Recalentamiento de la atmósfera urbana. Efecto de isla térmica urbana. Menor renocación del aire con respecto al entorno.
Hidrológico O₂ H₂O	Desequilibrio ambiental. Disminución humedad relativa áreas densificadas. Alteración acuíferos naturales. Aumento de las escorrentías superficiales. Salinización de suelos por regadíos intensivos. Contaminación aguas superficiales y subterráneas. Alteración del clima urbano (precipitación y temperatura).
Materia orgánica y residuos N Ar N₂O NH₃ CH₄	Aumento de los residuos sólidos urbanos de materia orgánica, con excedente de nutrientes. Alteración de la composición del suelo. Contaminación de las aguas subterráneas por infiltraciones. Salinización de las tierras, pérdida de fertilidad.
Energético	Agotamiento de las energías no renovables. Coste energético y contaminación.