Fundamentos de Sostenibilidad y Tecnologías Geoespaciales para el Medio Ambiente

Huella Ecológica

Es un índice que recoge la cantidad de territorio (expresada en hectáreas globales) necesaria para producir todos los recursos consumidos y absorber los desechos generados por una población determinada, ya sea de un país, una región o un individuo. Todos los consumos de un país son transformados en unidades de territorio o hectáreas, lo que permite conocer cuántas hectáreas productivas requiere un país para mantener su nivel de vida.

Indicadores de Sostenibilidad

Son mediciones en el tiempo de las variables de un sistema (ambiental, social, económico), que nos proporcionan información sobre sus tendencias y sobre aspectos concretos que nos interesa analizar para evaluar la sostenibilidad. Se utilizan para tres propósitos principales:

• Suministrar información para poder evaluar las dimensiones de un problema.
• Establecer objetivos y metas cuantificables.
• Controlar y monitorizar el cumplimiento de los objetivos y la efectividad de las políticas implementadas.

Cambios Históricos en la Atmósfera

En el Precámbrico (periodo que se extiende desde la formación de la Tierra hace unos 4500 millones de años hasta hace unos 541 millones de años), se formó la atmósfera primitiva, compuesta principalmente por gases como hidrógeno (H₂), metano (CH₄), nitrógeno (N₂), amoniaco (NH₃), monóxido de carbono (CO) y sulfuro de hidrógeno (H₂S).

La composición de la atmósfera varió significativamente hace unos 2500 millones de años, durante el evento conocido como la Gran Oxidación, volviéndose oxidante debido al aporte de oxígeno (O₂) por parte de los primeros organismos fotosintéticos (cianobacterias). Posteriormente, se creó la capa de ozono (O₃) en la estratosfera, fundamental para proteger la vida en la Tierra de la radiación ultravioleta nociva.

Sistemas de Determinación de Posición por Satélite (GPS)

El Sistema de Posicionamiento Global (GPS), originalmente desarrollado por el Departamento de Defensa de EE. UU. con fines militares, es actualmente ampliamente utilizado con fines civiles en todo el mundo. Consiste en una constelación de 24 satélites operativos (aunque la red completa es mayor, con satélites de respaldo) que orbitan la Tierra y transmiten señales de radio. Estas señales son captadas por dispositivos llamados receptores GPS, los cuales, al recibir información de al menos cuatro satélites, pueden calcular con precisión su posición tridimensional (longitud, latitud y altitud) y la hora exacta en cualquier instante y lugar del planeta.

Existen principalmente tres servicios o modos de operación, cuya diferencia radica en la exactitud y el acceso:

• SPS (Standard Positioning Service): Servicio de posicionamiento estándar, disponible para uso civil a nivel mundial.
• PPS (Precise Positioning Service): Servicio de posicionamiento preciso, de mayor exactitud, reservado para usuarios autorizados (principalmente militares de EE. UU. y aliados).
• DGPS (Differential GPS): GPS diferencial. Utiliza estaciones terrestres de referencia con posiciones conocidas para corregir errores en las señales GPS, mejorando significativamente la precisión para los usuarios en su área de cobertura.

Se utilizan en una vasta gama de aplicaciones, como la navegación marítima, aérea y terrestre (coches, camiones), topografía y cartografía, agricultura de precisión, seguimiento de flotas y animales, sincronización horaria, servicios de emergencia, y actividades recreativas.

Teledetección

La teledetección es la técnica de adquisición de información o la medición de ciertas propiedades de un objeto, área o fenómeno sin que exista contacto físico directo con este. Esto se consigue mediante la detección y análisis de la energía (generalmente radiación electromagnética, pero también puede ser sonido, magnetismo, etc.) emitida o reflejada por el objeto o fenómeno a estudiar. Dicha energía es registrada por un sensor para ser posteriormente medida, procesada e interpretada.

Elementos Fundamentales de la Teledetección

En un sistema de teledetección intervienen típicamente tres elementos fundamentales:

• Una fuente de energía o iluminación (ejemplo: el Sol para sensores pasivos, o un radar/LiDAR para sensores activos que emiten su propia energía).
• Un sensor montado en una plataforma (como satélites, aviones, drones, barcos, etc.) que detecta y registra la energía electromagnética emitida o reflejada por el objeto de estudio.
• Un sistema de recepción y procesamiento en tierra donde se envía, almacena, procesa y analiza la información captada por el sensor para convertirla en datos útiles (imágenes, mapas, etc.).

Aplicaciones de la Teledetección

Sus aplicaciones son muy diversas y cubren múltiples campos:

• Meteorología: Predicción del tiempo, seguimiento de tormentas, huracanes.
• Estudios de vegetación: Monitorización de la salud de los cultivos, deforestación, tipos de cobertura vegetal.
• Vigilancia de la capa de ozono (O₃).
• Seguimiento del avance de la desertización y la sequía.
• Estudio de la evolución del calentamiento global: Derretimiento de glaciares, aumento del nivel del mar.
• Monitorización de la dispersión de contaminantes en la atmósfera y el agua.
• Cartografía y topografía.
• Gestión de desastres naturales: Evaluación de daños por inundaciones, incendios, terremotos.
• Oceanografía: Temperatura superficial del mar, corrientes, clorofila.
• Geología: Identificación de fallas, tipos de rocas, exploración de recursos.

Fotografías Aéreas

Son fotografías de la superficie terrestre tomadas desde una plataforma aérea, como un avión o un dron, generalmente con la cámara apuntando verticalmente hacia abajo. Se suelen tomar series de fotografías con solapamiento entre ellas, lo que permite una visión estereoscópica (tridimensional) del terreno y la creación de ortofotos y modelos digitales de elevación.

Satélites de Observación Terrestre

Estos satélites están equipados con sensores que captan las ondas electromagnéticas emitidas o reflejadas por la superficie terrestre, los océanos y la atmósfera. Esta información se registra digitalmente como matrices numéricas. Estos valores numéricos, mediante complejos programas informáticos, se procesan para generar imágenes y productos derivados que representan diversas características de la Tierra.

Satélites Meteorológicos

Están diseñados específicamente para monitorizar las condiciones atmosféricas. Elaboran información meteorológica crucial para la predicción del tiempo y los estudios climáticos (ejemplos: GOES, Meteosat).

Satélites de Información Medioambiental

Proporcionan datos valiosos para reconocer el estado de la vegetación, la calidad del agua, el uso del suelo, la deforestación, los recursos naturales, la presencia de contaminantes, entre otros. Algunos ejemplos de misiones y satélites importantes son la serie Landsat, Sentinel (del programa Copernicus), Terra, Aqua y EO-1 (ya finalizada).

Sistemas de Información Geográfica (SIG)

Un Sistema de Información Geográfica (SIG) es un conjunto integrado de hardware, software, datos geográficos y personal técnico diseñado para capturar, almacenar, gestionar, manipular, analizar, modelar y visualizar eficientemente todo tipo de información geográficamente referenciada. Un SIG permite relacionar diferentes capas de información espacial para resolver problemas complejos de planificación y gestión.

Sus funciones y aplicaciones incluyen:

• Gestión de áreas protegidas y recursos naturales.
• Análisis de la evolución de la cobertura vegetal y usos del suelo.
• Realización de estudios de impacto ambiental.
• Planificación urbana y territorial.
• Gestión de redes de servicios (agua, electricidad).
• Logística y transporte.
• Estudios de mercado y geomarketing.
• Gestión de emergencias y riesgos.

Principios Físicos de la Teledetección: Radiación Electromagnética

La teledetección se basa en métodos fundamentados en los principios físicos de la radiación electromagnética y su interacción con la materia. Estos métodos permiten obtener información de los objetos o fenómenos estudiados a distancia, sin contacto físico.

La interacción de la radiación electromagnética (que incluye desde las ondas de radio hasta los rayos gamma, pasando por la luz visible y el infrarrojo) con las superficies y la atmósfera –a través de procesos como la emisión, absorción, reflexión y transmisión– es lo que los sensores captan. El análisis de la radiación detectada permite caracterizar las propiedades de las superficies y fenómenos observados. Los usos de estos principios son fundamentales para todas las aplicaciones de la teledetección.

Programas Informáticos de Simulación Medioambiental

Existen programas informáticos diseñados para la simulación ambiental, que analizan las complejas interacciones dentro de los sistemas socioecológicos y proyectan posibles futuros del planeta considerando diferentes escenarios y variables. Ejemplos notables son los modelos World2 y su sucesor World3.

El modelo World3, desarrollado por un equipo del MIT y base del influyente informe de 1972 "Los Límites del Crecimiento", utiliza cinco variables principales interconectadas: población mundial, industrialización, producción de alimentos, agotamiento de los recursos naturales no renovables y contaminación. Una de sus conclusiones iniciales, basada en las tendencias de principios de los años 70, fue que, de no modificarse dichas tendencias de crecimiento económico y demográfico, el planeta podría alcanzar sus límites físicos de desarrollo en un plazo de aproximadamente 100 años desde la publicación del estudio.