Ciencia del cambio de la tierra - Land change science
La ciencia del cambio de la tierra se refiere al estudio interdisciplinario de los cambios en el clima , el uso de la tierra y la cobertura de la tierra . La ciencia del cambio de la tierra busca específicamente evaluar patrones, procesos y consecuencias en los cambios en el uso y la cobertura de la tierra a lo largo del tiempo. El propósito de la ciencia del cambio de la tierra es contribuir al conocimiento existente sobre el cambio climático y al desarrollo de políticas de manejo de recursos y uso de la tierra sostenibles. El campo está informado sobre una serie de disciplinas relacionadas, como la teledetección , la ecología del paisaje y la ecología política , y utiliza una amplia gama de métodos para evaluar los patrones y procesos que subyacen al cambio de la cobertura terrestre. La ciencia del cambio de la tierra aborda el uso de la tierra como un sistema humano-ambiental acoplado para comprender los impactos de los problemas ambientales y sociales interconectados, incluida la deforestación y la urbanización .
Historia
Origen
Se ha documentado durante siglos que los cambios humanos en las superficies terrestres tienen impactos significativos tanto en los sistemas terrestres como en el bienestar humano. La remodelación de los paisajes para satisfacer las necesidades humanas, como la deforestación de tierras agrícolas , puede tener efectos a largo plazo en los sistemas terrestres y exacerbar las causas del cambio climático. Aunque la quema de combustibles fósiles es el principal impulsor del cambio climático actual, antes de la Revolución Industrial , la deforestación y el riego eran las mayores fuentes de emisiones de gases de efecto invernadero provocadas por los seres humanos . Incluso hoy en día, el 35% de las contribuciones antropogénicas de dióxido de carbono se pueden atribuir al uso de la tierra o cambios en la cobertura de la tierra. Actualmente, casi el 50% de la superficie terrestre no helada de la Tierra ha sido transformada por actividades humanas, con aproximadamente el 40% de esa tierra utilizada para la agricultura , superando a los sistemas naturales como la principal fuente de emisiones de nitrógeno.
La ciencia del cambio de la tierra es un campo desarrollado recientemente, que surgió junto con el avance del cambio climático y la investigación del cambio ambiental global, y es importante para la evolución de la ciencia y la adaptación al cambio climático. Está orientado a problemas e interdisciplinario. A mediados del siglo XX, las relaciones entre el ser humano y el medio ambiente estaban surgiendo en áreas de estudio como la antropología y la geografía . Algunos estudiosos afirman que la disciplina de la ciencia del cambio de tierras se deriva libremente de los conceptos alemanes de paisaje como la cantidad total de cosas dentro de un territorio dado. En la segunda mitad del siglo XX, los científicos que estudiaban la ecología cultural y la ecología de evaluación de riesgos trabajaron para desarrollar la ciencia del cambio de la tierra como un medio para abordar la tierra como un sistema humano-ambiental que puede entenderse como la base de la ciencia ambiental global.
Hasta ahora, el propósito de la ciencia del cambio de tierras ha sido:
- Observar y monitorear los cambios terrestres que se están produciendo en todo el mundo.
- Entender el cambio de la tierra como un sistema humano-ambiental.
- Cambio de tierra modelo
- Evaluar los resultados del sistema como la vulnerabilidad, la sostenibilidad y la resiliencia.
Influencias
La ciencia del cambio de tierras es un campo interdisciplinario y, por lo tanto, está influenciada por una serie de áreas de estudio relacionadas, que incluyen la teledetección , la ecología política , la economía de los recursos , la ecología del paisaje y la biogeografía . Está destinado a complementar el estudio del cambio climático y, a través del examen de la cobertura terrestre y los cambios de uso de la tierra junto con los cambios climáticos durante el mismo período de tiempo, los científicos pueden comprender mejor cómo las prácticas humanas de uso de la tierra contribuyen a un clima cambiante. Dada su estrecha asociación con el estudio del cambio climático, la ciencia del cambio de la tierra es inherentemente investigación de sostenibilidad y el conocimiento científico que produce se utiliza para influir en el desarrollo de la agricultura sostenible y las prácticas y políticas de uso sostenible de la tierra.
Dimensiones
La ciencia del cambio de la tierra opera principalmente dentro de los marcos de investigación científica internacional a partir de los cuales se desarrollaron sus preguntas fundamentales. Aunque el campo tiene vínculos con los estudios sociales y culturales en su comprensión de la tierra y el cambio de la tierra como un sistema humano-ambiental, la ciencia del cambio de la tierra también se enfoca en los ecosistemas y la estructura, función y efectos de los sistemas terrestres sobre el cambio de la tierra, independientemente de la actividad humana. . La ciencia del cambio de la tierra abarca una amplia gama de dimensiones, que van desde la cuantificación de los efectos ecológicos del cambio de la cobertura de la tierra hasta la comprensión de los impulsores socioambientales de las decisiones sobre el uso de la tierra a nivel institucional. Como resultado, la ciencia del cambio territorial se basa en gran medida en la síntesis de una amplia gama de datos y una amplia gama de métodos de recopilación de datos, algunos de los cuales se detallan a continuación.
Monitoreo y evaluación de la cobertura terrestre
Una función principal de la ciencia del cambio de la tierra es documentar y modelar patrones de cambio de paisaje a largo plazo, que pueden resultar tanto de la actividad humana como de los procesos naturales. En el curso del seguimiento y evaluación de los cambios en la cobertura y el uso de la tierra, los científicos analizan varios factores, entre ellos, dónde están cambiando la cobertura y el uso de la tierra, la extensión y la escala de tiempo de los cambios y cómo los cambios varían a lo largo del tiempo. Con este fin, los científicos utilizan una variedad de herramientas, que incluyen imágenes de satélite y otras fuentes de datos de teledetección (por ejemplo, imágenes de aviones), observaciones de campo, relatos históricos y modelos de reconstrucción. Estas herramientas, en particular las imágenes satelitales, permiten a los científicos del cambio de la tierra monitorear con precisión las tasas de cambio de la tierra y crear un registro consistente a largo plazo para cuantificar la variabilidad del cambio a lo largo del tiempo. Mediante la observación de patrones en los cambios en la cobertura del suelo, los científicos pueden determinar las consecuencias de estos cambios, predecir el impacto de cambios futuros y utilizar esta información para informar la gestión estratégica del suelo .
Mar de Aral
El rápido declive del Mar de Aral es un ejemplo de cómo el uso de la tierra a escala local y el cambio de la tierra pueden tener impactos agravados en los sistemas climáticos regionales, particularmente cuando las actividades humanas alteran en gran medida los ciclos climáticos naturales, cómo se puede utilizar la ciencia del cambio de tierra para mapear y estudiar tales cambios. En 1960, el Mar de Aral, ubicado en Asia Central, era el cuarto lago más grande del mundo. Sin embargo, un proyecto de desviación de agua, emprendido por la Unión Soviética para regar las llanuras áridas en lo que hoy es Kazajstán , Uzbekistán y Turkmenistán , resultó en que el Mar de Aral perdiera el 85% de su cobertura terrestre y el 90% de su volumen. La pérdida del Mar de Aral ha tenido un efecto significativo en las interacciones entre los seres humanos y el medio ambiente en la región, incluida la aniquilación de la industria pesquera del mar y la salinización de las tierras agrícolas por la propagación del viento de los lechos de sal marina seca. Además, los científicos han sido capaces de utilizar la tecnología como la NASA 's imágenes de resolución moderada espectrorradiómetro (MODIS) a realizar un seguimiento de los cambios en el Mar de Aral y su clima que rodea a lo largo del tiempo. Este uso de modelos e imágenes satelitales para rastrear los cambios en la cobertura del suelo causados por el hombre es característico del alcance de la ciencia del cambio del suelo.
Riesgo y vulnerabilidad
Modelar el riesgo y la vulnerabilidad es también una de las aplicaciones prácticas de la ciencia del cambio de tierras. Las predicciones precisas de cómo la actividad humana influirá en el cambio de la cobertura terrestre a lo largo del tiempo, así como el impacto que dichos cambios tienen en la sostenibilidad de los sistemas ecológicos y humanos, pueden informar la creación de políticas diseñadas para abordar estos cambios.
Estudiar el riesgo y la vulnerabilidad en el contexto de la ciencia del cambio territorial implica el desarrollo de modelos, métodos y herramientas de apoyo cuantitativos , cualitativos y geoespaciales. El propósito de estas herramientas es comunicar la vulnerabilidad tanto de las comunidades humanas como de los ecosistemas naturales ante eventos de amenaza o cambios de tierras a largo plazo. Modelar el riesgo y la vulnerabilidad requiere análisis de la sensibilidad de la comunidad a los peligros, una comprensión de la distribución geográfica de las personas y la infraestructura, y un cálculo preciso de la probabilidad de que ocurran perturbaciones específicas .
Modelado de cambio de tierra
Un método clave para estudiar el riesgo y la vulnerabilidad en el contexto de la ciencia del cambio de la tierra es el modelado del cambio de la tierra (LCM), que se puede utilizar para simular los cambios y el uso y la cobertura de la tierra. Los MCM se pueden utilizar para predecir cómo pueden cambiar el uso y la cobertura de la tierra en circunstancias alternativas, lo cual es útil para la evaluación de riesgos, ya que permite predecir impactos potenciales y se puede utilizar para informar decisiones políticas, aunque con cierta incertidumbre.
Impacto humano y ciencia del cambio territorial
Aunque la ciencia del cambio de la tierra implica cuantificar la ubicación, extensión y variabilidad de la cobertura del cambio de la tierra y el análisis de los patrones emergentes, sigue siendo fundamentalmente interdisciplinaria, incluidos los componentes sociales y económicos. La actividad humana no solo es la causa más importante del cambio de la cobertura terrestre, sino que los seres humanos también se ven directamente afectados por las consecuencias ambientales de estos cambios. El uso colectivo de la tierra y los cambios en la cobertura de la tierra han alterado fundamentalmente el funcionamiento de los sistemas terrestres clave . Por ejemplo, los cambios humanos en el uso de la tierra y la cobertura de la tierra tienen un impacto profundo en el clima a nivel local y regional, lo que a su vez contribuye al calentamiento global. De manera más general, maximizar los recursos naturales y los servicios de los ecosistemas para obtener beneficios a corto plazo a menudo obstaculiza la resiliencia a largo plazo de los ecosistemas y, a su vez, su capacidad para satisfacer las necesidades humanas.
Dado el importante papel que desempeñan los seres humanos en el cambio de la cobertura de la tierra, y para comprender los patrones de cambio de la tierra y su impacto en el clima, los científicos del cambio de la tierra deben identificar los impulsores sociales y económicos del cambio histórico de la tierra. A continuación se muestran algunos ejemplos de cambios en el uso de la tierra y la cobertura de la tierra que juegan un papel clave en las dimensiones sociales y económicas de la ciencia del cambio de la tierra.
Deforestación tropical
La deforestación , en el contexto de la ciencia del cambio de tierras, es la conversión sistemática y permanente de tierras previamente forestadas para otros usos. Históricamente ha sido un facilitador principal del cambio de uso y cobertura de la tierra, es un enfoque particular de la ciencia del cambio de la tierra. Los bosques son una parte vital del ecosistema global y son esenciales para la captura de carbono , los procesos ecológicos y la biodiversidad . Sin embargo, desde la invención de la agricultura, la cubierta forestal mundial ha disminuido en un 35%. Además, los bosques tropicales en particular sustentan al menos dos tercios de la biodiversidad mundial , y se cree que los cambios sostenidos en la cobertura del suelo en estas regiones están contribuyendo a una extinción masiva . Dadas las graves consecuencias ecológicas que resultan de la conversión del uso de la tierra forestal impulsada por el hombre, así como la continua tendencia a la baja en la cubierta forestal, para modelar y evaluar de manera efectiva los patrones de cambio de uso de la tierra, los científicos también deben estudiar los impulsores sociales y económicos de la deforestación en sí.
El uso de la tierra y los cambios en la cobertura de la tierra como resultado de la deforestación son principalmente el efecto de procesos socioeconómicos a gran escala. Es importante destacar que rara vez existe una causa directa o subyacente para la deforestación. Más bien, la deforestación es el resultado de fuerzas sistémicas entrelazadas que trabajan simultánea o secuencialmente para cambiar la cobertura del suelo. Por ejemplo, la deforestación masiva a menudo se considera producto de la agricultura industrial, sin embargo, una parte considerable de la deforestación de bosques primarios es el resultado de la agricultura migrante en pequeña escala. A medida que se elimina la cubierta forestal, los recursos forestales se agotan y el aumento de la población conduce a la escasez, lo que lleva a las personas a trasladarse nuevamente a bosques que antes no habían sido perturbados, reiniciando el proceso de deforestación. Este proceso se conoce como migración de campo a campo. Hay varias razones detrás de esta migración continua: la falta de tierras agrícolas disponibles impulsada por la pobreza y los altos costos pueden llevar a un aumento en la intensidad de la agricultura en las tierras agrícolas existentes. Esto conduce a la sobreexplotación de las tierras agrícolas y, en el futuro , resulta en la desertificación , otro cambio en la cobertura de la tierra, que hace que el suelo sea inutilizable y no rentable, lo que obliga a los agricultores a buscar bosques primarios vírgenes y despoblados.
Además de la migración rural y la agricultura de subsistencia, el desarrollo económico también puede desempeñar un papel importante en la deforestación. Por ejemplo, las expansiones de carreteras y ferrocarriles diseñadas para aumentar la calidad de vida han resultado en una deforestación significativa en la Amazonía y América Central . Además, los impulsores subyacentes del desarrollo económico a menudo están vinculados al compromiso económico mundial, en lugar de a la pobreza, y van desde el aumento de las exportaciones hasta una deuda externa . La deforestación ocurre por muchas razones interconectadas y, por lo tanto, es importante que los científicos del cambio de la tierra la rastreen para identificar patrones que puedan arrojar luz sobre por qué y cuándo ocurre. Fenómenos como la inseguridad económica y la migración rural no son necesariamente cuantitativos, pero, no obstante, brindan información valiosa a los modelos científicos de cambio de la tierra que intentan predecir el cambio futuro de la cobertura terrestre y sus consecuencias.
Urbanización
En términos generales, la urbanización es el número creciente de personas que viven en áreas urbanas. En el contexto de la ciencia del cambio de suelo, la urbanización se refiere tanto al crecimiento de la población urbana como al crecimiento físico de las áreas urbanas. Según las Naciones Unidas , la población urbana mundial ha aumentado rápidamente desde 1950, de 751 millones a 4.200 millones en 2018, y las tendencias actuales predicen que este número seguirá creciendo. Acompañando a este cambio de población hay cambios significativos en el flujo económico, la cultura y el estilo de vida, y la distribución espacial de la población. Aunque las áreas urbanizadas cubren solo el 3% de la superficie de la Tierra, tienen un impacto significativo en el uso del suelo y el cambio de cobertura del suelo.
La urbanización es importante para el cambio de uso y cobertura del suelo y, por lo tanto, la ciencia del cambio de suelo, por una variedad de razones. En particular, la urbanización afecta el cambio de tierras en otros lugares a través del cambio de vínculos urbano-rurales, o la huella ecológica de la transferencia de bienes y servicios entre áreas urbanas y rurales. Los aumentos en la urbanización conducen a aumentos en el consumo, lo que aumenta la presión sobre las tierras rurales circundantes. La expansión hacia el exterior de las áreas urbanas también puede apoderarse de las tierras adyacentes que antes se utilizaban para el cultivo de cultivos.
Islas de calor urbano
La urbanización también afecta la cobertura del suelo a través del efecto de isla de calor urbano. Las islas de calor ocurren cuando, debido a altas concentraciones de estructuras, como edificios y carreteras, que absorben y reemiten radiación solar, y bajas concentraciones de cubierta vegetal, las áreas urbanas experimentan temperaturas más altas que las áreas circundantes. Las islas de calor pueden provocar un mayor consumo de energía, lo que se traduce en mayores tasas de emisión de gases de efecto invernadero. Las altas temperaturas asociadas con las islas de calor también pueden comprometer la salud humana, particularmente en áreas de bajos ingresos. Los efectos de las áreas urbanas en el clima indican que la urbanización puede convertirse en un componente significativo de la ciencia del cambio de suelo.
Obstáculos
La ciencia del cambio de tierras como disciplina se enfrenta a varios desafíos, muchos de los cuales se derivan de sus cualidades interdisciplinarias o problemas con el desarrollo de inferencias utilizando datos agregados. Por ejemplo, la ciencia del cambio de la tierra está limitada por las limitaciones de los datos y la falta de comprensión de los problemas subyacentes del cambio de la tierra. Específicamente, los modelos espaciales que se utilizan con frecuencia para estudiar el cambio de la tierra pueden estar restringidos por la falta de acceso a los datos públicos sobre el cambio de la tierra, sensores defectuosos y altos niveles de incertidumbre variable. Por lo tanto, los modelos a menudo solo pueden hacer proyecciones a corto plazo, lo que limita severamente el nivel de predicción que pueden proporcionar. Además, es difícil sintetizar y combinar los estudios de caso de sistemas socioambientales que son esenciales para el estudio del cambio territorial a escala global. Por lo tanto, estos contratiempos plantean desafíos fundamentales para la conexión de las comunidades y el medio ambiente que la ciencia del cambio de tierras busca lograr.