El sistema social se desarrolla en un espacio biogeofísico, que es, en último término, el hábitat natural del hombre. En su expresión más general, este sistema, que incluye al hombre, se denomina biosfera y viene definido en sus términos más generales como aquella parte de la tierra donde existe vida.¹

El sistema natural precede al hombre y al sistema social en miles de millones de años y está formado por una parte viva (biótica) y otra no viva (abiótica), que le sirve de base y sustento.

La parte biótica está compuesta por los animales, las plantas y los microbios. La base abiótica lo está por la materia orgánica y subproductos de la actividad orgánica y de los procesos de descomposición, más elementos inorgánicos, como el agua, el anhídrido carbónico, el oxígeno, los carbonatos, los fosfatos y, finalmente, una serie de factores físicos y gradientes, tales como la radiación solar, la temperatura, la humedad, los vientos, etcétera.²

Los diferentes elementos --tanto bióticos como abióticos-- de la biosfera están en un proceso permanente de interacciones mutuas. Así, lo que se conoce como ambiente natural es un complejo de sistemas interactuantes físicos, químicos y biológicos, que se acostumbra denominar sistema ecológico o ecosistema. Es este último el que permite la sobrevivencia biológica del ser humano, proporcionándole además los recursos esenciales para sus actividades económicas y productivas. El proceso económico es, en gran medida, la actividad orientada a transformar los recursos del sistema natural de forma que se puedan utilizar por la sociedad para la satisfacción de sus necesidades. Con el desarrollo de la humanidad, y sobre todo con el crecimiento económico acelerado, la generación de bienes y servicios a partir de la naturaleza tiende a aumentar. Resulta evidente que si la actividad del hombre depende de la utilización de la naturaleza, ésta debe tener una capacidad de regenerar los productos que se le extraen y al mismo tiempo mantener aquellas condiciones que permitan la vida humana.

El sistema natural no es algo estático e inmutable. Tiene una dinámica que hace posible recuperar los elementos que son extraídos por el hombre en su actividad productiva, y al mismo tiempo garantiza la preservación de las condiciones mencionadas. Dicha dinámica descansa en algunos procesos básicos³ que son:

• la captación, conversión, acumulación y transporte de energía;
  
• los ciclos biogeoquímicos e hidrológicos, que posibilitan el paso de minerales y nutrientes esenciales a la vida;
  
• los procesos mediante los cuales los organismos vivos cumplen su ciclo vital, multiplicándose, adaptándose y evolucionando, y
  
• los procesos de percepción, comunicación y transmisión de información, que posibilitan la interacción de los elementos constitutivos del sistema.

Las funciones señaladas son posibles gracias a los flujos de energía y materia que determinan la conducta de los sistemas y subsistemas y las interacciones entre el medio físico-químico y el conjunto biótico en un proceso dinámico permanente.⁴

La fuerza motriz, tanto para los procesos biológicos como físico-químicos proviene de una sola fuente: el sol. Es la energía radiante en forma de luz solar la que --transformada en energía química a través de la fotosíntesis-- inicia todo el proceso ecológico.

La energía química es a su vez convertida en energía mecánica y térmica mediante el metabolismo celular. La energía solar --fijada mediante el proceso de fotosíntesis y retenida brevemente en la biosfera antes de ser irradiada de nuevo al espacio en forma de calor-- es una parte pequeñísima de la cantidad total que llega a la tierra, no alcanzando más que 0.09% del total recibido.⁵ De este total fijado por los autótrofos, 63% se pierde inmediatamente en la forma de calor durante la actividad metabólica, y no es utilizada, mientras que 21% se pierde en respiración, lo que totaliza 84% de ese 0.09% de energía que no se utiliza. Los herbívoros utilizan, por lo tanto, 13.5% y representan el primer nivel heterótrofo, pasando el 2.7% restante a los descomponedores. Al nivel de los herbívoros, se reproduce el proceso de transferencia y conversión nuevamente con porcentajes altos de energía no utilizada que se pierde bajo la forma de calor y respiración. Los carnívoros sólo utilizan 20% de la energía recibida por los herbívoros; éstos pierden 30% en respiración y 46% no se utiliza, la diferencia pasa a los descomponedores (véase la siguiente figura). En los carnívoros se da de nuevo una disponibilidad de energía mucho mayor que la que éstos utilizan y que finalmente se pierde en respiración y energía no utilizadas.

El proceso anterior implica un flujo unidireccional de energía a través de la cadena trófica, con pérdida acentuada al paso de sus diferentes niveles, en términos de calor durante la actividad metabólica y la respiración. La no utilización de energía por los diferentes niveles tróficos se traduce en una reducción acentuada de número de poblaciones a cada nivel, constituye así una pirámide bastante empinada.

La expresión «pérdida de energía» ha sido utilizada para señalar el hecho de que una cierta cantidad de la misma no se utiliza. En realidad y de acuerdo con la primera ley de la termodinámica, la energía no se pierde, no se destruye, sino que es transformada en cada nivel trófico, degradándose a una forma no utilizable de calor. Si no existiera una fuente externa de energía, el sistema se movería hacia la desorganización total, es decir, hacia una situación de entropía máxima, de acuerdo con el segundo principio de la termodinámica.

El suministro continuo de energía, que emana del sol, permite mantener cierto equilibrio dinámico y la sobrevivencia del sistema. La unidireccionalidad del flujo energético significa que la energía captada por los autótrofos no vuelve al sol ni aquella de los heterótrofos vuelve a los autótrofos; es decir, la energía que pasa por cada nivel trófico no puede ser reutilizada por los niveles anteriores. Por consiguiente, la sobrevivencia del sistema está supeditada a la existencia de esta fuente constante de energía, cuya pérdida provocaría el colapso definitivo del sistema natural y del sistema social que en él se sustenta.

Sin embargo, la energía por sí sola no es suficiente para la vida, que además necesita una serie de otros elementos imprescindibles a la dinámica de todos los procesos vitales. Estos elementos se utilizan en los diferentes procesos biogeofísicos, pero son parte de un sistema perfectamente delimitado; a diferencia de la energía, no provienen de un sistema externo, y son objeto de transformaciones que pueden ser reversibles o irreversibles.

El flujo energético se complementa así con un ciclo biogeoquímico que, utilizando parte de la energía solar recibida, permite la recuperación y circulación de los elementos esenciales a la vida, dentro de un ciclo ecológico de nutrientes. Kormondy señala tres ciclos principales: el primero es el hidrológico, que es básicamente un ciclo de compuestos, y los otros dos son ciclos de elementos biogeoquímicos de nutrientes gaseosos y sedimentarios. La velocidad de estos ciclos es variable, dependiendo de múltiples factores, entre ellos, en forma cada vez más importante, la actividad humana, que altera su funcionamiento normal.

Fuente: "Man and the Ecosophere", Readings from Scientific American escala lorarítmica.

A partir del proceso de fotosíntesis, la energía radiante proveniente del sol es convertida en energía química mediante la transformación de anhídrido carbónico en compuestos orgánicos ricos en energía: los hidratos de carbono. En este proceso, el agua juega un papel fundamental en la formación de carbohidratos y otros compuestos.

El agua es el compuesto inorgánico y el elemento más abundante en la naturaleza, también es el medio en que se desarrollan todos los procesos biológicos. Los ecosistemas permiten la circulación del agua a través de la materia viva, incorporando cierta cantidad en la síntesis protoplasmática y devolviendo, a través de la transpiración, otra parte a la atmósfera. Básicamente, el ciclo del agua consiste en el intercambio que se efectúa entre la tierra y la atmósfera por medio de evaporación y precipitación y el paso a través de la materia viva.⁶

El volumen total de agua representa una parte relevante de la tierra, estimándose en 1,500 millones de kilómetros cúbicos, de los cuales entre 95% y 97% está en forma líquida y salada en los mares, que cubren 70% de la superficie terráquea. Del resto, aproximadamente cuatro quintos, están en forma sólida en los casquetes polares y glaciares, queda solamente 1%, aproximadamente, para uso humano. De este porcentaje, 98% es agua subterránea y sólo 2% es agua superficial.⁷

De los ciclos bioquímicos, el más importante es el del carbono, que comienza con la fijación del anhídrido carbónico de la reserva atmosférica, mediante la fotosíntesis. En este proceso, el anhídrido carbónico y el agua reaccionan para formar carbohidratos, liberando oxígeno. Parte del carbono se consume directamente para proporcionar energía a la planta, y el anhídrido carbónico así formado se libera a través de las hojas y raíces. Aquella parte fijada por las plantas es consumida por los niveles tróficos superiores, que respirando vuelven a liberar anhídrido carbónico; finalmente, el carbono fijado en los tejidos --mediante el proceso de descomposición llevado a cabo por los microorganismos del suelo-- se oxida y regresa a la atmósfera.⁸ Por lo tanto, el ciclo del carbono es bastante complejo. Como señala Kormondy, las vías para su utilización son muy numerosas, pero lo son mucho más aquellas que lo llevan de vuelta a la atmósfera. Es este conjunto de mecanismos autorreguladores lo que permite al sistema mantenerse en un equilibrio dinámico relativo.⁹

El ciclo del carbono es uno de los que se ha visto más afectado por la actividad del hombre, sobre todo a partir de la Revolución industrial, que inicia un proceso histórico de utilización creciente de combustibles fósiles con la consiguiente liberación de anhídrido carbónico y su acumulación en la atmósfera. Según Bolin, este proceso de devolución a la atmósfera de carbono, que ha sido fijado por la fotosíntesis hace millones de años, ha aumentado en forma acelerada en el último siglo. Los estudios sobre el ciclo del carbono indican que la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera era en 1977 de 329 ppm (en volumen), reflejando un incremento de 17 ppm desde 1957. Los niveles de concentración previos a 1850 fluctuaban entre 290 y 295 ppm. En general, se estima que un quinto del aumento señalado se produjo en el decenio de los sesenta. La magnitud de la intervención antrópica puede apreciarse por el hecho que las emisiones de dióxido de carbono se calculan en 2 000 millones de toneladas anuales en 1900 y aproximadamente en 18 000 millones de toneladas anuales en 1974.¹⁰

Las necesidades energéticas de formas superiores de vida se logran por un metabolismo de tipo oxidativo que encuentra en el oxígeno su elemento fundamental. El proceso se llama respiración y consiste en la descomposición, en presencia de oxígeno, de los combustibles que se han formado en el proceso de fotosíntesis. El oxígeno es componente básico de la materia viva, representa un cuarto de sus átomos y se genera en el proceso de fotosíntesis, recirculándose una vez cada 2 000 años al ritmo actual.

Nuevamente es la actividad humana la que ha alterado este proceso vital, pues ha reducido las cantidades de oxígeno, aumentando las de anhídrido carbónico al quemar combustibles fósiles y reducir las áreas verdes, procesos que a su vez se ven favorecidos por otras actividades del hombre.¹¹

El nitrógeno representa 79% de la atmósfera. Sin embargo, el que utiliza directamente los elementos vivos corresponde básicamente al nitrógeno fijado en compuestos inorgánicos --el amoníaco, los nitritos y los nitratos-- o en compuestos orgánicos, como la urea, las proteínas y los ácidos nucleicos. El ciclo del nitrógeno requiere la fijación inorgánica y, acto seguido, la fijación biológica, que consiste, en términos simples, en la combinación con hidrógeno u oxígeno, lo que permite su asimilación por las plantas que posteriormente sirven de alimento a los animales.

Aún cuando el nitrógeno es un elemento relativamente abundante, es preciso señalar que sólo una cantidad muy pequeña entra en el ciclo biológico, y participa en los sistemas biológicos sólo «cuando ha sido fijado», es decir, combinado con otros elementos tales como hidrógeno u oxígeno.

La mayor parte del nitrógeno, 93.8%, se encuentra en las rocas de la litosfera y menos de 6.2% en la atmósfera, lo cual deja escaso 0.001% en la biosfera. De este último porcentaje, 57% se encuentra en la materia orgánica, siendo 37% terrestre y el resto parte de los sistemas acuáticos.¹²

Siendo el nitrógeno un elemento fundamental en el proceso de producción primaria, es obvio que cualquier efecto sobre su ciclo repercute en las potencialidades para la producción de alimentos y materias primas requeridas por la actividad humana.

El ciclo del nitrógeno se lleva a cabo a través de los procesos de nitrificación, amonificación y denitrificación. La fijación puede ser biológica o de carácter antrópico, es decir, mediante la actividad industrial. La fijación biológica la llevan a cabo los microorganismos, fundamentalmente bacterias, que pueden vivir en simbiosis con plantas superiores o ser de «vida libre». Por esto, es frecuente encontrar la distinción entre fijación simbiótica y fijación por medio de fijadores de vida libre. Según Delwiche, esta distinción es relativa y sólo indica un grado de interrelación y no una completa independencia con respecto a la fuente de energía que se utiliza en el proceso.¹³ Todos los procesos de fijación comparten un mecanismo común para fijar el nitrógeno, el producto inicial del proceso es el amoníaco, y todos utilizan una misma enzima: la nitrogenasa. Por otro lado, ningún organismo al que le falte nitrogenasa puede fijar el nitrógeno.

El mejor sistema de fijación biológica es conocido por asociación simbiótica de leguminosas con bacterias del género Rhizobium, que forman nódulos en las raíces de las leguminosas. Cada leguminosa está asociada con una especie particular de Rhizobium. Así las de alfalfa son diferentes de las de soya y de las del trébol.

Otro tipo de simbiosis se da con el helecho acuático conocido como azolla, con bacterias capaces de efectuar la fotosíntesis y obtener la energía para fijar el nitrógeno. Esta capacidad de la azolla ha sido ampliamente utilizada en los arrozales de Vietnam y China.

Muchas bacterias de vida libre fijan el nitrógeno al crecer libremente en la superficie de los pantanos. Las algas azulverdes son también un ejemplo interesante. El nitrógeno orgánico liberado de las células muertas promueve el crecimiento de hierbas acuáticas.

La fijación antrópica se debe fundamentalmente a la actividad industrial: la fabricación de amoníaco y otros fertilizantes químicos. El proceso desarrollado a principios de siglo por H. Haber y Karl Bosch consiste en la combinación de nitrógeno atmosférico con hidrógeno a altas temperaturas y presión en presencia de catalizadores, fundamentalmente hierro. El producto que se obtiene es el amoníaco, que puede emplearse directamente como fertilizante, o convertirse en otros productos nitrogenados como la urea y los nitratos.

Tanto en los procesos de fijación biológica como en los antrópicos, la energía es factor fundamental. En el caso de la fijación biológica, la energía se obtiene directamente de aquella química almacenada en la materia orgánica o a través del proceso de fotosíntesis, es decir, directamente de la luz solar. En el caso de la producción industrial, la energía se obtiene de los combustibles fósiles.

De acuerdo con las estadísticas de las Naciones Unidas, la producción mundial de fertilizantes en 1970 había fijado 33 millones de toneladas de nitrógeno, con una tasa de crecimiento anual de 7 al 9%. El nitrógeno fijado por otras actividades industriales en el mismo año (plásticos, nylons, etc.) alcanzaba 10% del total fijado, lo que daría un total en 1970 de 36 millones de toneladas de nitrógeno y 53 millones en 1975. Sin embargo, muchos expertos estiman que las cifras de Naciones Unidas son inferiores a las reales; así el U.S. Fertilizer Institute indica para el periodo 1973-1974 un total de 62 millones de toneladas. La fijación debida a la quema de los combustibles fósiles se calculó en 1970 en 19 millones de toneladas con una tasa de incremento anual de 4%.

Con base en lo anterior, Söderlund y Svensson¹⁴ estimaban para 1975 una fijación por actividad industrial y combustión en un total de 76 millones de toneladas, cantidad fijada para la producción de fertilizantes nitrogenados en la actualidad iguala a la fijada por todos los ecosistemas terrestres antes de la aparición de la agricultura moderna. Por su parte, Söderlund y Svensson calculaban en 1976 que, dadas las tendencias, la cantidad fijada anualmente por las actividades económicas igualaría en 1989 la cantidad fijada por los procesos biológicos.

El ciclo se completa con el proceso de denitrificación por las bacterias denitrificantes presentes en los suelos que degradan el nitrógeno fijado, regresándolo a su forma original y permitiendo así su regreso a la atmósfera. La denitrificación libera nitrógeno molecular o gaseoso y óxido nitroso o nítrico. Estos procesos se llevan a cabo también en los mares y océanos, pero los más estudiados hasta ahora son los que tienen lugar en los suelos.

Como se ve, uno de los aspectos más importantes de este ciclo es el hecho de que está profundamente afectado por la intervención antrópica; más aún, el sistema social posee hoy los medios para manipular, en cierta medida, este ciclo. Esto tiene una importancia fundamental, porque mientras el nitrógeno es un nutriente esencial, sus componentes pueden ser tóxicos y es posible que las alteraciones del ciclo se traduzcan en una serie de efectos de diversa índole y magnitud.

La práctica agrícola ha utilizado desde antiguo la capacidad de ciertos cultivos para fijar el nitrógeno. La experiencia indicaba a los agricultores que ciertos cultivos de leguminosas --alfalfa, trébol, soya, frijol-- tienen capacidad para revitalizar los suelos. De allí la práctica frecuente de rotar el cultivo de cereales con leguminosas.

La actividad económica que ha estimulado el aumento masivo del consumo de fertilizantes nitrogenados la utilización de combustible fósil en escala creciente han contribuido a alterar el ciclo natural del nitrógeno. Las consecuencias de estas alteraciones son tema de debate e inquietud, tanto en los ambientes científicos como entre los políticos y la opinión pública. Por otro lado, la necesidad de producir alimentos en magnitudes crecientes lleva inevitablemente a aumentar el consumo de fertilizantes en general y nitrogenados en particular. UNIDO y FAO estiman que el uso de fertilizantes es responsable --al menos en 50%-- del incremento en la producción mundial de alimentos.

El aumento en el consumo de fertilizantes nitrogenados ha afectado el proceso de fijación del nitrógeno a tal punto que hoy la actividad antrópica tiende a igualar la natural. Ello se refleja en las estadísticas de consumo. Así, entre 1905 y los comienzos de la segunda guerra mundial, el consumo de NPK (nitrógeno-fósforo-potasio) aumentó desde dos millones de toneladas a unos nueve millones de toneladas. En el periodo 1978-1979 el consumo fue de 107 millones. Por lo que toca al nitrógeno, el consumo mundial fue en 1978-1979 de 51.4 millones de toneladas, del cual 65% se consumió en los países desarrollados, pese al crecimiento más rápido del consumo en los países en desarrollo. Las tasas de crecimiento del consumo de nitrógeno en los periodos 1950-1951 y 1970-1971 fueron de 10.5% anual a nivel mundial, con un crecimiento de 9.3% en los países desarrollados y 16.4% en los países en desarrollo. Entre 1970-1971 y 1978-1979 las tasas de crecimiento fueron respectivamente 6.2% a nivel mundial, 4.7% en los países desarrollados y 9.6% en los países en desarrollo (como ya se ha señalado, estas cifras de las Naciones Unidas son consideradas por algunos expertos inferiores a las reales).

Este consumo debe aumentar sustancialmente en los próximos años si se quieren lograr las cifras de producción de alimentos necesarias para abastecer la población mundial. La FAO calculaba que sólo 93 países en desarrollo, que en el periodo 1982-1984 utilizaron 25.8 millones de fertilizantes (NPK), requerirán en el año 2000, para hacer frente a sus necesidades de expansión agrícola, 55.7 millones de toneladas de fertilizantes.¹⁵

Las dificultades en el abastecimiento de fertilizantes y, sobre todo, los costos crecientes a causa --entre otros factores-- del alza en los combustibles y la escasa disponibilidad de divisas, han motivado más estudios sobre las posibilidades de optimizar el proceso de fijación biológico, que además tendría impactos ambientales de menor significación. En este campo, el uso de leguminosas noduladas y su simbiosis con bacterias de Rhizobium o el uso de helechos acuáticos (azolla) y la capacidad de fijación de las algas azulverde (Anabaena), en especial en los cultivos de arroz, están recibiendo un interés creciente dentro de la comunidad científica.¹⁶

Entre los procesos que se están investigando, los más promisores aparentemente son aquellos orientados a aumentar la eficiencia de la asociación leguminosa-Rhizobium, mediante un proceso de selección genética de leguminosas y bacterias y la búsqueda de las combinaciones óptimas. La importancia que puede tener un desarrollo científico tecnológico de este tipo puede apreciarse mediante el examen de la siguiente estadística: la asociación leguminosa-Rhizobiumresponde aproximadamente de 40% de la fijación del nitrógeno por medios biológicos, y de casi todo el nitrógeno fijado por las plantas cultivadas. Ahora bien, existen más de 10 000 especies de leguminosas y sólo 10% ha sido estudiado en relación con la formación de nódulos, y menos de 50 especies se cultivan actualmente.

Otro desarrollo científico consiste en la manipulación genética que, mediante una transferencia genética, permite dotar a ciertas plantas de la capacidad para fijar nitrógeno.¹⁷ Un uso intensivo de fertilizantes nitrogenados puede aparejar un proceso de percolación de nitrógeno, en especial nitratos, desde los suelos a las corrientes de agua y contribuir así a los procesos de eutrofización de lagos y ríos, es decir, a una intensificación de la actividad biológica que tiende a agotar el oxígeno disponible en estos ecosistemas, impidiendo la vida de los peces y causando además otros problemas como la propagación de malezas acuáticas y las dificultades de navegación.

Los nitratos se transforman en nitritos que al ser absorbidos por el ser humano producen metahemoglobinemia, o el nitrosamine, que es cancerígeno. La movilización de nitratos puede acelerarse por las prácticas de deforestación e intensificación de cultivos a través de un mayor proceso de descomposición de la materia orgánica.

La mayor incorporación a la atmósfera de nitrógeno en forma de óxidos tiene efectos sobre la capa de ozono y, por lo tanto, la radiación ultravioleta que llega a la tierra.¹⁸

La fijación atmosférica del nitrógeno durante los procesos de combustión aumenta la cantidad de óxidos de nitrógeno en la atmósfera, llevando a la formación de ácido nítrico que es transportado en el aire y, finalmente, depositado en la tierra por las lluvias, contribuyendo a los procesos de acidificación (problemas de lluvias ácidas).

La fertilización excesiva puede llevar a un incremento en la descomposición de la materia orgánica con la consiguiente emisión de dióxido de carbono.

Finalmente, es importante tener en cuenta que el ciclo del nitrógeno interactúa con los otros ciclos. Así, por ejemplo, los procesos de nitrificación son particularmente sensibles a la presencia de fósforo en los suelos. Otros estudios indican que nutrientes como el hierro, el molibdeno y el cobalto actúan como reguladores en el crecimiento de los organismos fijadores de nitrógeno.

Los ciclos anteriores se complementan e interactúan con los que Kormondy denomina ciclos de nutrientes sedimentarios.¹⁹ Los elementos vivos necesitan muchos más materiales que los mencionados. Todos los organismos requieren, en mayor o menor medida, azufre, fósforo, sodio, potasio, calcio, magnesio, etc. Estos productos, una vez utilizados, deben, en alguna forma, ser reincorporados al ciclo y recuperados, proceso que implica uso de energía.

De estos procesos cíclicos, los que más preocupan a los científicos parecen ser los del azufre y el fósforo. La función básica del azufre es la de constituir un vínculo entre las cadenas de polipéptidos en una molécula de proteína, con lo cual ésta mantiene su forma y cumple sus funciones. El problema es que en el balance ecológico se requiere un claro equilibrio, ya que excesos de azufre son causa de destrucción y muerte de ciertas formas de vida, mientras que cantidades deficientes son causa de insuficiencia funcional.

Una vez más la actividad humana es la que altera este ciclo, provocando emisiones mayores de azufre, con efectos negativos sobre la parte biótica del sistema. A nivel global, se ha señalado que el incremento de partículas de azufre en la atmósfera puede afectar el albedo de la tierra, alterando, por lo tanto, el balance de radiación.

Los estudios sobre el ciclo del azufre son aún incipientes y se concentran en los países que recientemente se han visto más afectados por las descargas de dióxido de azufre en la atmósfera, es decir, los países industrializados de Europa y Norteamérica. Se calcula que la emisión antrópica de azufre alcanza a unos 75 millones de toneladas de azufre al año. De estos, 30 millones de toneladas de azufre (correspondientes a aproximadamente 60 millones de dióxido de azufre) se descargan en Europa y 16 millones en Estados Unidos.²⁰ El azufre acumulado en la atmósfera es transportado por los vientos y depositado por las lluvias, dando origen a las llamadas lluvias ácidas que producen un proceso de acidificación con consecuencias sobre la vida de los animales y las personas, daña a las plantas y las zonas agrícolas y aumenta los fenómenos de corrosión atmosférica. Todo ello se traduce en efectos económicos de cuantía.

La acidificación de los lagos en los países escandinavos se ha señalado como una de las causas de la extinción de ciertas especies de peces.²¹ También se ha señalado que el aumento de acidez afecta al ciclo del mercurio y sería una de las explicaciones de las altas concentraciones de mercurio en peces de áreas afectadas por lluvias ácidas.

En Suecia, el área afectada por la acidificación se ha estimado en 100 000 km², incluyendo 20 000 lagos con un área total de 500 000 hectáreas. Las pérdidas por disminución de productividad en la actividad piscícola en esta área se ha calculado en unos 30 millones de dólares al año.

El costo para compensar la deposición ácida de los últimos 30 o 40 años en Suecia se estima entre 1 500 y 3 500 millones.²²

Los estudios llevados a cabo hasta la fecha no han podido aún demostrar y cuantificar los efectos sobre la productividad agrícola y las áreas forestales.

El costo de reducir el volumen de emisiones de azufre de 60 millones de toneladas de dióxido de azufre a 25 millones de toneladas se estimaba, en 1980, en un mínimo de 10 000 millones de dólares al año.²³

El fósforo es otro de los elementos fundamentales del sistema natural que se ha visto afectado por la actividad económica en escala creciente y cuyo ciclo aún no se conoce con el detalle que quisieran los científicos. Sin embargo, lo que de él se sabe permite apreciar su importancia y la necesidad de su consideración explícita en la gestión del medio ambiente.

El fósforo es un elemento vital y no es sustituible en los sistemas biológicos. Es el elemento constituyente fundamental del ácido desoxirribonucleico o DNA; del ácido ribonucleico o RNA. Como se sabe, las moléculas de DNA de los cromosomas son las responsables del almacenaje, réplica y --junto al RNA-- transcripción de la información genética. La molécula de RNA tiene además un papel fundamental en el proceso de sintetización de las proteínas, proceso que requiere energía. Esta es proporcionada a su vez por elementos en los cuales el fósforo es el elemento constituyente básico: el adenosin trifosfato ATP y el adenosin difosfato ADP. Según Deevey, constituyen el combustible de las actividades bioquímicas al interior de la célula.²⁴, ²⁵

El papel fundamental del fósforo es regular la productividad, ya en cuanto a tal desempeña un papel estratégico en la producción de alimentos y materias primas agrícolas. El desarrollo tecnológico ha permitido la utilización del fósforo que contienen las rocas fosfóricas para la producción de fertilizantes.

La magnitud de las reservas de roca fosfórica son objeto de controversia y las cifras que se dan van desde 6 500 millones de toneladas (estimadas por la British Sulphur Corporation) a 59 000 millones de toneladas calculadas por Emigh²⁶ y 14 600 millones de Goeller y Weinberg.²⁷

La mayor parte de la producción de roca fosfórica se destina a la producción de fertilizantes. En 1974, esa industria absorbió 94.4 millones de toneladas de roca fosfórica con un contenido de 13.3% de fósforo. El consumo de fertilizantes fosfatados alcanzó en 1978-1979 a 30.5 millones de toneladas, con una tasa de crecimiento entre 1973-1974 y 1978-1979 del 4.5%. De este consumo, sólo 5.6 millones lo fueron por los países en desarrollo.²⁸

El aumento de la utilización de fósforo por la actividad humana ha repercutido en los ecosistemas acuáticos, que han recibido descargas adicionales y crecientes de este elemento, con lo cual la actividad biológica ha aumentado, contribuyendo a los fenómenos de eutrofización.

Lo anterior caracteriza al sistema natural, no como un agregado de elementos, sino como un sistema de organismos interactuantes, de factores y niveles organizativos que van más allá de los de la comunidad biótica.

El ecosistema incluye la transformación, circulación y acumulación de energía y materia mediante el funcionamiento de los organismos vivientes y sus actividades. La fotosíntesis, la descomposición, la vida herbívora, la depredación y el parasitismo, así como las actividades simbióticas, se cuentan entre los más importantes procesos biológicos responsables del transporte y almacenaje de materia y energía. La interacción de los organismos implicados en estas actividades proporcionan un patrón de distribución de estos procesos, un ejemplo es la cadena alimenticia. A su vez, estas funciones se desarrollan en la parte no viva del ecosistema mediante fenómenos físicos, tales como la evaporación, precipitación, erosión y deposición. El ecólogo está básicamente preocupado por la cantidad y el ritmo de materia y energía que pasa a través de los ecosistemas, pero además también le interesan los tipos de organismos implicados en el proceso y los papeles que desempeñan en la estructura, la organización y el funcionamiento del ecosistema. Al igual que en los sistemas sociales, no sólo interesan los aspectos cuantitativos, sino también los cualitativos. Ambos proporcionan los elementos necesarios a la descripción y análisis de los ecosistemas naturales.

Si los sistemas sociales tienen mecanismos reguladores --por ejemplo, el mercado o la actividad estatal--, los ecosistemas se caracterizan por una multiplicidad de mecanismos reguladores. Limitando el número de organismos presentes en el ecosistema o influyendo en su fisiología y conducta, esos mecanismos controlan las cantidades y los ritmos de movimiento, tanto de energía como de materia. Los más importantes son los procesos de crecimiento y reproducción, los agentes de mortalidad, los patrones de migración e inmigración, las costumbres, etc. En ausencia de tales mecanismos, ningún ecosistema puede permanecer y mantener su identidad.

La biosfera está formada por una cantidad de subsistemas que se denominan ecosistemas. Estos no están yuxtapuestos. Cada uno de ellos interacciona con los otros mediante flujos de energía y nutrientes. Es decir, al margen de su complejidad inherente, cada subsistema es, por definición, abierto, siendo los procesos de pérdida, reemplazo de materia y energía las formas en que se produce la interacción y comunicación entre ellos.

Siguiendo a Margalef, cabe afirmar que los ecosistemas tienen una estructura, en el sentido de que están compuestos de diferentes partes o elementos, organizados de acuerdo con un patrón definido y cuyas interrelaciones son la base de la estructura del ecosistema. Las estructuras se hacen más complejas y ricas con el paso del tiempo, lo cual equivale a decir que hay una relación estrecha entre la estructura de un ecosistema en un momento dado y su historia. Un ecosistema está formado por materia, energía y un balance de materia y energía. Si no está expuesto a fuertes presiones externas, va cambiando en forma progresiva en una dirección específica. Su desarrollo es un desarrollo determinístico, definido por los genes codificados en él, dándose así un proceso evolutivo que permite al ecosistema hacerse más maduro, aumentando la complejidad de su estructura y disminuyendo los flujos de energía por unidad de biomasa.

Lo anterior implica no sólo cambio estructural en el sentido de alteraciones cuantitativas de sus elementos constitutivos, sino cambio en la acepción más completa del término, es decir, cuantitativo y cualitativo, de los elementos y de las funciones que se llevan a cabo en el sistema. Odum señala que la estructura de un ecosistema es el conjunto de la comunidad biológica, comprendidas las especies y su número, la biomasa, la historia de la vida y distribución en el espacio de las poblaciones, el conjunto y distribución de material abiótico --los nutrientes y el agua-- y, finalmente, la amplitud o gradiente de las condiciones de existencia: temperatura, luz, etcétera.

La función del ecosistema es la tasa de flujo de energía a través del ecosistema, las tasas del ciclo de nutrientes o de materiales --vale decir los ciclos biogeoquímicos-- y, finalmente, las regulaciones biológicas o ecológicas, incluyendo las que sufren los organismos por el medio ambiente o la regulación del medio ambiente por los organismos; un ejemplo, la fijación del nitrógeno por los microorganismos.

Según Margalef, en el límite, cada individuo en relación con su microambiente constituye un sistema abierto de rango muy bajo, porque un ecosistema no es ni cerrado ni autosuficiente. No son --señala Kormondy-- entidades discretas, claramente delimitadas unas a otras. La necesidad de considerar el entorno con el cual cada ecosistema específico está conectado ha dado origen a la discusión del medio ambiente, que no debe considerarse exclusivamente en sus dimensiones naturales. Las alteraciones en los sistemas naturales, tal como se ha señalado, se originan en forma creciente por la acción de la actividad social.