La Ciencia Ambiental AP combina ecología, sistemas terrestres, poblaciones, uso de la tierra y el agua, energía, contaminación y cambio global. Es verdaderamente interdisciplinaria —biología, química, geología y economía en un solo curso— y el examen recompensa conectarlos, no simplemente enumerarlos.
Los números son importantes aquí. Tendrás que calcular a mano: cambio porcentual, energía de un recurso, tiempo de duplicación, vida media, dosis por persona. Tradicionalmente no se permitía calculadora, así que practica la aritmética en sí, no solo el planteamiento.
Nombra un caso real y cuantifícalo. "La deforestación es mala" no otorga puntos; un lugar nombrado, un mecanismo y un número obtienen las calificaciones.
Las notas cubren las nueve unidades y trabajan los cálculos que realmente plantea el APES —energía, población, contaminación— en su totalidad. Los FRQs (preguntas de respuesta libre) publicados están en la biblioteca. Este examen recompensa nombrar un ejemplo específico, por lo que las notas señalan los estudios de caso que valen la pena memorizar.
Comprensión duradera (ERT-1): Los ecosistemas son el resultado de interacciones bióticas y abióticas.
Objetivo de aprendizaje ERT-1.A: Explicar cómo la disponibilidad de recursos influye en las interacciones entre especies.
ERT-1.A.1 En una relación depredador-presa, el depredador es un organismo que se alimenta de otro organismo (la presa).
ERT-1.A.2 La simbiosis es una interacción cercana y a largo plazo entre dos especies en un ecosistema. Los tipos de simbiosis incluyen mutualismo, comensalismo y parasitismo.
ERT-1.A.3 La competencia puede ocurrir dentro o entre especies en un ecosistema donde hay recursos limitados. La partición de recursos—utilizar los recursos de diferentes maneras, lugares o momentos—puede reducir el impacto negativo de la competencia sobre la supervivencia.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
Un ecosistema es todo lo que es vivo (biótico) y no vivo (abiótico) en un área, interactuando entre sí. Los organismos dependen unos de otros y de su entorno físico, e interacciones como la depredación, la competencia y la simbiosis (mutualismo, comensalismo, parasitismo) moldean a la comunidad.
Explorar
Explorar cómo crece una población
Cambia la tasa de crecimiento $r$ y la capacidad de carga$K$. El crecimiento es rápido cuando la población es pequeña, pero se estabiliza a medida que los recursos escasean y el ecosistema se llena.
1.2
Biomas Terrestres
Syllabus
Comprensión Duradera (ERT-1): Los ecosistemas son el resultado de interacciones bióticas y abióticas.
Objetivo de Aprendizaje ERT-1.B: Describir la distribución global y los principales aspectos ambientales de los biomas terrestres.
ERT-1.B.1 Un bioma contiene comunidades características de plantas y animales que resultan de, y están adaptadas a, su clima.
ERT-1.B.2 Los principales biomas terrestres incluyen taiga, bosques templados lluviosos, bosques templados estacionales, bosques tropicales lluviosos, matorrales, praderas templadas, sabanas, desiertos y tundra.
ERT-1.B.3 La distribución global de recursos naturales no minerales, como el agua y los árboles para madera, varía debido a una combinación de clima, geografía, latitud y altitud, disponibilidad de nutrientes y suelo.
ERT-1.B.4 La distribución mundial de los biomas es dinámica; ha cambiado en el pasado y puede volver a desplazarse como resultado de cambios climáticos globales.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
Un bioma es una gran región definida por su clima y su vida característica. Los biomas terrestres (desiertos, praderas, selva tropical, bosque templado, taiga, tundra) están determinados principalmente por la temperatura y la precipitación. Cada uno tiene plantas y animales adaptados a esas condiciones.
Las dos imágenes a continuación se sitúan en extremos opuestos de la escala de precipitación, razón por la cual su vida parece tan diferente:
Una selva tropical: calurosa y húmeda todo el año, lo que da lugar a una vegetación densa y estratificada y a la mayor biodiversidad de cualquier bioma terrestreUn desierto: muy baja precipitación, por lo que solo sobrevive escasa vida adaptada a la sequía
temperature and precipitation/ˈtemprɪtʃə ænd prɪˌsɪpɪˈteɪʃn/
降水
jiàng shuǐ
tropical rainforest/ˈtrɒpɪkl ˈreɪnfɒrɪst/
热带雨林
rè dài yǔ lín
desert/ˈdezət/
沙漠
shā mò
salinity/seɪˈlɪnɪti/
盐度
yán dù
Estuaries/ˈestjuːəriz/
河口
hé kǒu
1.3
Biomas Acuáticos
Syllabus
Comprensión Duradera (ERT-1): Los ecosistemas son el resultado de interacciones bióticas y abióticas.
Objetivo de Aprendizaje ERT-1.C: Describir la distribución global y los principales aspectos ambientales de los biomas acuáticos.
ERT-1.C.1 Los biomas de agua dulce incluyen arroyos, ríos, estanques y lagos. Estos biomas de agua dulce constituyen un recurso vital para el consumo humano.
ERT-1.C.2 Los biomas marinos incluyen océanos, arrecifes de coral, humedales y estuarios. Las algas en los biomas marinos suministran una gran parte del oxígeno de la Tierra y también absorben dióxido de carbono de la atmósfera.
ERT-1.C.3 La distribución global de recursos naturales no minerales marinos, como los diferentes tipos de peces, varía debido a alguna combinación de salinidad, profundidad, turbidez, disponibilidad de nutrientes y temperatura.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
Los biomas acuáticos cubren más de la Tierra que la tierra firme. Los sistemas de agua dulce (arroyos, lagos, humedales) y marinos (océano abierto, arrecifes de coral, estuarios) difieren en salinidad, luz solar y nutrientes. Los estuarios (donde los ríos se encuentran con el mar) y los arrecifes de coral son especialmente productivos y biodiversos.
Un arrecife de coral: las aguas cálidas, iluminadas por el sol y poco profundas lo convierten en uno de los biomas más productivos y biodiversos de todos
Comprensión duradera (ERT-1): Los ecosistemas son el resultado de interacciones bióticas y abióticas.
Objetivo de aprendizaje ERT-1.D: Explicar las etapas e interacciones entre los reservorios en el ciclo del carbono.
ERT-1.D.1 El ciclo del carbono es el movimiento de átomos y moléculas que contienen el elemento carbono entre fuentes y sumideros.
ERT-1.D.2 Algunos de los reservorios donde ocurren los compuestos de carbono en el ciclo del carbono retienen esos compuestos durante largos períodos de tiempo, mientras que otros los retienen por periodos relativamente cortos.
ERT-1.D.3 El carbono circula entre la fotosíntesis y la respiración celular en los seres vivos.
ERT-1.D.4 La descomposición de plantas y animales ha conducido al almacenamiento de carbono a lo largo de millones de años. La quema de combustibles fósiles traslada rápidamente ese carbono almacenado al carbono atmosférico, en forma de dióxido de carbono.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
El ciclo del carbono
El ciclo del carbono mueve el carbono entre la atmósfera, los organismos, los océanos y las rocas. La fotosíntesis elimina $\text{CO}_2$; la respiración, la descomposición y la quema de combustibles fósiles lo devuelven. La quema de combustibles fósiles añade carbono mucho más rápido de lo que los procesos naturales lo eliminan.
El ciclo del carbono mueve el carbono entre la atmósfera, los seres vivos y los combustibles fósiles
Comprensión perdurable (ERT-1): Los ecosistemas son el resultado de interacciones bióticas y abióticas.
Objetivo de aprendizaje ERT-1.E: Explicar los pasos y las interacciones con los reservorios en el ciclo del nitrógeno.
ERT-1.E.1 El ciclo del nitrógeno es el movimiento de átomos y moléculas que contienen el elemento nitrógeno entre fuentes y sumideros.
ERT-1.E.2 La mayoría de los reservorios en los que ocurren los compuestos de nitrógeno en el ciclo del nitrógeno retienen esos compuestos por periodos relativamente cortos de tiempo.
ERT-1.E.3 La fijación del nitrógeno es el proceso mediante el cual el nitrógeno atmosférico se convierte en una forma de nitrógeno (principalmente amoníaco) que está disponible para la absorción por parte de las plantas y que puede sintetizarse en tejido vegetal.
ERT-1.E.4 La atmósfera es el principal reservorio de nitrógeno.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
El ciclo del nitrógeno
El ciclo del nitrógeno hace que el nitrógeno sea utilizable para la vida. La fijación del nitrógeno (por bacterias) convierte el $\text{N}_2$ atmosférico en amoníaco; la nitrificación y la asimilación lo transmiten a través de los organismos; la desnitrificación devuelve el $\text{N}_2$ al aire. Los fertilizantes añaden nitrógeno reactivo, que puede contaminar el agua.
El ciclo del nitrógeno: el N$_2$ se fija en nitratos del suelo, pasa a través de la cadena alimentaria y se devuelve al aire mediante desnitrificación
Comprensión duradera (ERT-1): Los ecosistemas son el resultado de interacciones bióticas y abióticas.
Objetivo de aprendizaje ERT-1.F: Explicar las etapas e interacciones de los reservorios en el ciclo del fósforo.
ERT-1.F.1 El ciclo del fósforo es el movimiento de átomos y moléculas que contienen el elemento fósforo entre fuentes y sumideros.
ERT-1.F.2 Los principales reservorios de fósforo en el ciclo del fósforo son las rocas y los sedimentos que contienen minerales portadores de fósforo.
ERT-1.F.3 No existe una componente atmosférica en el ciclo del fósforo, y las limitaciones que esto impone al retorno del fósforo desde el océano hacia la tierra hacen que el fósforo sea naturalmente escaso en ecosistemas acuáticos y muchos terrestres. En ecosistemas no alterados, el fósforo es el factor limitante en los sistemas biológicos.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
El ciclo del fósforo no tiene una fase atmosférica (gaseosa) – el fósforo se mueve a través de las rocas, el suelo, el agua y los organismos. Es lento y a menudo es el nutriente limitante para el crecimiento, por lo que el fósforo añadido (fertilizantes, detergentes) puede desencadenar floraciones algales.
El ciclo del fósforo: la roca se altera hasta fosfato de suelo y sedimenta lentamente de vuelta, sin fase gaseosa
Comprensión Duradera (ERT-1): Los ecosistemas son el resultado de interacciones bióticas y abióticas.
Objetivo de Aprendizaje ERT-1.G: Explicar los pasos y las interacciones entre reservorios en el ciclo hidrológico.
ERT-1.G.1 El ciclo hidrológico, impulsado por el sol, es el movimiento del agua en sus diversas fases sólida, líquida y gaseosa entre fuentes y sumideros.
ERT-1.G.2 Los océanos son el principal reservorio de agua en la superficie terrestre, mientras que las capas de hielo y el agua subterránea actúan como reservorios mucho más pequeños.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
El ciclo hidrológico (del agua)
El ciclo del agua mueve el agua mediante la evaporación, la transpiración (de las plantas), la condensación, la precipitación y el escurrimiento superficial. Distribuye el agua dulce y moldea el clima; el uso humano y los cambios en el uso del suelo pueden alterar su flujo.
El ciclo del agua: la evaporación y la transpiración elevan el agua al aire; la precipitación y el escurrimiento superficial lo devuelven
primary, secondary, and tertiary consumers/ˈpraɪməri ˈsekəndəri ænd ˈtɜːʃjəri kənˈsuːməz/
消费者
xiāo fèi zhě
decomposers/ˌdiːkəmˈpəʊzəz/
分解者
fēn jiě zhě
food chain/fuːd tʃeɪn/
食物链
shí wù liàn
1.8
Productividad Primaria
Syllabus
Comprensión duradera (ENG-1): La energía puede convertirse de una forma a otra.
Objetivo de aprendizaje ENG-1.A: Explicar cómo la energía solar es adquirida y transferida por los organismos vivos.
ENG-1.A.1 La productividad primaria es la tasa a la cual la energía solar (luz solar) se convierte en compuestos orgánicos mediante la fotosíntesis durante una unidad de tiempo.
ENG-1.A.2 La productividad primaria bruta es la tasa total de fotosíntesis en un área determinada.
ENG-1.A.3 La productividad primaria neta es la tasa de almacenamiento de energía por parte de los fotosintetizadores en un área determinada, después de restar la energía perdida por la respiración.
ENG-1.A.4 La productividad se mide en unidades de energía por unidad de área por unidad de tiempo (por ejemplo, $\text{kcal/m}^2\text{/yr}$).
ENG-1.A.5 La mayor parte de la luz roja se absorbe en los primeros 1 m de agua, y la luz azul solo penetra más allá de los 100 m en el agua más clara. Esto afecta a la fotosíntesis en los ecosistemas acuáticos, cuyos fotosintetizadores han desarrollado mecanismos adaptados para abordar la falta de luz visible.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
La productividad primaria es la tasa a la que los productores capturan energía (generalmente mediante fotosíntesis). La productividad primaria bruta (PPB) es la total capturada; la productividad primaria neta (PPN) es lo que queda después de la respiración de los propios productores – la energía disponible para el resto del ecosistema. Los sistemas cálidos, húmedos e iluminados por el sol (selvas, arrecifes) son los más productivos.
Ejemplo resuelto. Si los productores en una pradera capturan $20{,}000\ \text{kcal/m}^2/\text{yr}$ de energía (PPB) y consumen $8{,}000\ \text{kcal/m}^2/\text{yr}$ en su propia respiración, entonces $\text{NPP}=\text{GPP}-R=20{,}000-8{,}000=12{,}000\ \text{kcal/m}^2/\text{yr}$. Solo esa PPN – no toda la PPB – está disponible para los consumidores superiores.
Explorar
Explorar la PPG, la respiración y la PNPA
La energía que capturan los productores (PPG) se divide en lo que queman para su propia respiración $R$ y lo que queda como nueva biomasa — $\text{NPP} = \text{GPP} - R$, y la suma de lo útil y lo desperdiciado siempre equivale a la entrada.
1.9
Niveles Tróficos
Syllabus
Comprensión perdurable (ENG-1): La energía puede convertirse de una forma a otra.
Objetivo de aprendizaje ENG-1.B: Explicar cómo fluye la energía y cicla la materia a través de los niveles tróficos.
ENG-1.B.1 Todos los ecosistemas dependen de un flujo continuo de energía de alta calidad para mantener su estructura y función, que implica la transferencia de materia entre el ambiente y los organismos mediante ciclos biogeoquímicos.
ENG-1.B.2 Los ciclos biogeoquímicos son esenciales para la vida y cada uno demuestra la conservación de la materia.
ENG-1.B.3 En las comunidades terrestres y marinas de superficie, la energía fluye desde el sol hacia los productores en los niveles tróficos más bajos y luego asciende hacia los niveles tróficos superiores.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
Flujo de energía y la regla del 10%
Los organismos ocupan niveles tróficos: productores (fabrican su propio alimento), luego consumidores primarios, secundarios y terciarios, con descomponedores reciclando nutrientes en cada nivel. Cada nivel depende de la energía capturada debajo de él.
1.10
Flujo de Energía y la Regla del 10%
Syllabus
Comprensión duradera (ENG-1): La energía puede convertirse de una forma a otra.
Objetivo de aprendizaje ENG-1.C: Determinar cómo disminuye la energía a medida que fluye a través de los ecosistemas.
ENG-1.C.1 La regla del 10% aproxima que, en la transferencia de energía de un nivel trófico al siguiente, solo aproximadamente el 10% de la energía se transmite.
ENG-1.C.2 La pérdida de energía que ocurre cuando la energía se mueve de niveles tróficos inferiores a superiores puede explicarse mediante las leyes de la termodinámica.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
La energía fluye de manera unidireccional a través de un ecosistema y se pierde como calor en cada transferencia. La regla del 10%: solo aproximadamente el 10% de la energía en un nivel trófico pasa al siguiente; el otro 90% impulsa los procesos vitales y escapa como calor. Esta es la razón por la que las cadenas alimentarias son cortas y los depredadores topos son pocos.
Ejemplo resuelto. Continuando desde $12{,}000\ \text{kcal/m}^2/\text{yr}$ de PPN en el nivel de los productores, los consumidores primarios reciben aproximadamente $10\%=1{,}200\ \text{kcal}$, los consumidores secundarios $\approx120\ \text{kcal}$, y los consumidores terciarios solo $\approx12\ \text{kcal}$. Después de tres transferencias, la energía se ha reducido mil veces – la razón aritmética por la que un cuarto o quinto nivel trófico rara vez tiene suficiente para sostenerlo.
Una pirámide energética: solo aproximadamente el 10% de la energía pasa al siguiente nivel trófico
Explorar
Explorar la regla del 10 %
Establece la energía que capturan los productores y la eficiencia ecológica, luego observa cómo solo aproximadamente una décima parte pasa a cada nivel superior: este es el motivo por el que los depredadores ápice tienen tan poca energía disponible y las cadenas alimentarias permanecen cortas.
1.11
Cadenas Alimentarias y Redes Tróficas
Syllabus
Comprensión Duradera (ENG-1): La energía puede convertirse de una forma a otra.
Objetivo de Aprendizaje ENG-1.D: Describir las cadenas y redes tróficas, así como sus miembros constituyentes por nivel trófico.
ENG-1.D.1 Una red trófica es un modelo de un patrón entrelazado de cadenas alimentarias que representa el flujo de energía y nutrientes en dos o más cadenas alimentarias.
ENG-1.D.2 Los bucles de retroalimentación positiva y negativa pueden jugar un papel en las redes tróficas. Cuando se elimina o añade una especie a una red trófica específica, el resto de la red puede verse afectada.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
Una cadena alimentaria es una sola línea de quién se come a quién; una red trófica vincula muchas cadenas en una imagen realista de las relaciones de alimentación. Debido a que las especies están interconectadas, eliminar una (especialmente una especie clave) puede alterar toda la red.
Una red trófica vincula muchas cadenas alimentarias; las flechas indican la dirección del flujo de energía
Recuerda que la energía fluye y se pierde (la regla del 10%) mientras que la materia circula (carbono, nitrógeno, fósforo, agua).
Aplica la regla del 10% a lo largo de una cadena alimentaria y conoce PPN = PPB − respiración (solo la PPN está disponible para los consumidores).
Aprende los almacenes de cada ciclo biogeoquímico y cómo los humanos lo alteran (quemar combustibles fósiles añade CO₂; los fertilizantes añaden nitrógeno/fósforo).
Los productores son más abundantes porque llega muy poca energía a la cima.
Usa unidades correctas y muestra tu aritmética en las preguntas matemáticas de respuesta libre (sin calculadora — mantén los números redondos).
Comprensión duradera (ERT-2): Los ecosistemas tienen estructura y diversidad que cambian con el tiempo.
Objetivo de aprendizaje ERT-2.A: Explicar los niveles de biodiversidad y su importancia para los ecosistemas.
ERT-2.A.1 La biodiversidad en un ecosistema incluye la diversidad genética, de especies y del hábitat.
ERT-2.A.2 Cuanto mayor es la diversidad genética de una población, mejor puede responder a los estresores ambientales. Además, un cuello de botella poblacional puede conducir a una pérdida de diversidad genética.
ERT-2.A.3 Los ecosistemas que tienen un mayor número de especies son más propensos a recuperarse de perturbaciones.
ERT-2.A.4 La pérdida de hábitat conduce a la pérdida de especies especialistas, seguida de la pérdida de especies generalistas. También conduce a una reducción en el número de especies que requieren grandes áreas territoriales.
ERT-2.A.5 La riqueza de especies se refiere al número de especies diferentes encontradas en un ecosistema.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
Biodiversidad 生物多样性 es la variedad de la vida, medida en tres niveles:
Diversidad genética – variedad de genes dentro de una especie. Mayor variedad genética significa que una población puede responder mejor a los estresores ambientales 环境压力; un cuello de botella poblacional 种群瓶颈 (una caída brusca en el número) elimina esa variedad y deja a los supervivientes vulnerables.
Diversidad de especies – el número de especies (riqueza de especies 物种丰富度) y qué tan uniformemente se distribuyen los individuos entre ellas.
Diversidad de hábitats – la variedad de hábitats en una región.
Los ecosistemas con mayor riqueza de especies son más resilientes 有韧性的: se recuperan de las perturbaciones con mayor facilidad, porque diversas especies pueden ocupar roles cuando cambian las condiciones. La pérdida de hábitat elimina especies en un orden predecible – las especies especialistas 特化 (necesidades estrechas) desaparecen primero, seguidas por las especies generalistas más resistentes, y las especies que requieren grandes territorios declinan a medida que se contrae su rango.
Biodiversidad tiene tres niveles: genético, de especies y de hábitatUn arrecife de coral: alta biodiversidad concentra especies y servicios ecosistémicos en un área pequeña
Comprensión duradera (ERT-2): Los ecosistemas tienen estructura y diversidad que cambian con el tiempo.
Objetivo de aprendizaje ERT-2.B: Describir los servicios de los ecosistemas.
ERT-2.B.1 Existen cuatro categorías de servicios de los ecosistemas: aprovisionamiento, regulación, culturales y de soporte.
Objetivo de aprendizaje ERT-2.C: Describir las consecuencias de las perturbaciones humanas en los servicios de los ecosistemas.
ERT-2.C.1 Las actividades antropogénicas pueden alterar los servicios de los ecosistemas, lo que puede resultar en consecuencias económicas y ecológicas.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
Servicios ecosistémicos 生态系统服务 son los beneficios gratuitos que la naturaleza proporciona a las personas, en cuatro categorías:
Provisionamiento – productos: alimentos, agua dulce, madera, fibras.
Regulación – procesos que mantienen estables las condiciones: regulación del clima, filtración de agua, polinización, control de inundaciones.
Culturales – valor no material: recreación, belleza, valor espiritual y educativo.
Soporte – los servicios que hacen posibles los demás: ciclo de nutrientes, formación de suelo, fotosíntesis.
Las actividades antropogénicas 人为as (causadas por humanos) pueden alterar estos servicios, con costos económicos y ecológicos reales; por ejemplo, la pérdida de polinizadores obliga a los agricultores a pagar por la polinización que las abejas hacían gratuitamente.
2.3
Biogeografía Insular
Syllabus
Comprensión perdurable (ERT-2): Los ecosistemas tienen estructura y diversidad que cambian con el tiempo.
Objetivo de aprendizaje ERT-2.D: Describir la biogeografía insular.
ERT-2.D.1 La biogeografía insular es el estudio de las relaciones ecológicas y la distribución de los organismos en las islas, así como de las estructuras comunitarias de estos organismos.
ERT-2.D.2 Las islas han sido colonizadas en el pasado por nuevas especies provenientes de otros lugares.
Objetivo de aprendizaje ERT-2.E: Describir el papel de la biogeografía insular en la evolución.
ERT-2.E.1 Muchas especies insulares han evolucionado para ser especialistas en lugar de generalistas debido a la limitación de recursos, como alimento y territorio, en la mayoría de las islas. La supervivencia a largo plazo de los especialistas puede verse comprometida cuando se introducen especies invasoras, típicamente generalistas, que compiten con ellos y los superan.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
Biogeografía insular
Biogeografía insular 岛屿生物地理学 estudia cuántas especies alberga una isla (o cualquier parche de hábitat aislado). El número se estabiliza en un equilibrio entre dos tasas:
Inmigración de nuevas especies – mayor en islas más cercanas al continente.
Extinción de especies residentes – menor en islas más grandes.
Por lo tanto, las islas grandes y cercanas albergan más especies; las pequeñas y remotas, menos. El aislamiento también impulsa la evolución: las especies insulares a menudo se vuelven especialistas debido a la limitación de recursos, y muchas son endémicas 特有 – encontrándose en ningún otro lugar. Esto las hace frágiles. Cuando llega una especie invasora 入侵物种 (generalmente un generalista resistente), puede superar en competencia a los especialistas, que no tienen a dónde ir.
Islas más grandes y cercanas albergan más especies, equilibrando inmigración contra extinción
Comprensión Duradera (ERT-2): Los ecosistemas tienen estructura y diversidad que cambian con el tiempo.
Objetivo de Aprendizaje ERT-2.F: Describir la tolerancia ecológica.
ERT-2.F.1 La tolerancia ecológica se refiere al rango de condiciones, como temperatura, salinidad, velocidad de flujo y luz solar, que un organismo puede soportar antes de que se produzca daño o muerte.
ERT-2.F.2 La tolerancia ecológica puede aplicarse tanto a individuos como a especies.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
Toda especie tiene un rango de tolerancia 耐受范围 – el espectro de condiciones (temperatura, salinidad, pH, luz solar) que puede soportar. Cerca del centro hay un rango óptimo 最适范围 donde los individuos prosperan; hacia los bordes están las zonas de estrés 胁迫区 donde sobreviven pero luchan para crecer o reproducirse; más allá de los límites mueren. La tolerancia ecológica 生态耐受性 se aplica tanto a un individuo único como a toda una especie, y determina dónde puede vivir un organismo y cómo se adapta a los cambios.
Dentro de su rango óptimo una especie prospera; hacia los límites está bajo estrés y luego no puede sobrevivir
2.5
Perturbaciones Naturales de los Ecosistemas
Syllabus
Comprensión perdurable (ERT-2): Los ecosistemas tienen estructura y diversidad que cambian con el tiempo.
Objetivo de aprendizaje ERT-2.G: Explicar cómo las interrupciones naturales, tanto a corto como a largo plazo, impactan un ecosistema.
ERT-2.G.1 Las interrupciones naturales de los ecosistemas tienen consecuencias ambientales que pueden ser, para un evento dado, tan grandes o mayores que muchas de las interrupciones causadas por el ser humano.
ERT-2.G.2 Los procesos del sistema terrestre operan en una variedad de escalas temporales. Los procesos pueden ser periódicos, episódicos o aleatorios.
ERT-2.G.3 El clima de la Tierra ha cambiado a lo largo del tiempo geológico por múltiples razones.
ERT-2.G.4 El nivel del mar ha variado significativamente como resultado de cambios en la cantidad de hielo glacial en la Tierra a lo largo del tiempo geológico.
ERT-2.G.5 Los cambios o perturbaciones ambientales importantes comúnmente resultan en cambios extensos de hábitat.
ERT-2.G.6 La vida silvestre realiza migraciones tanto a corto como a largo plazo por diversas razones, incluidas las interrupciones naturales.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
Los eventos naturales alteran los ecosistemas a todas las escalas temporales, y un solo evento natural puede rivalizar o exceder a uno provocado por el hombre. Los procesos de la Tierra presentan tres patrones temporales:
Aleatorios 随机 – sin patrón (el impacto de un meteorito).
A lo largo del tiempo geológico, el clima de la Tierra ha cambiado por múltiples razones, y el nivel del mar ha subido y bajado con la cantidad de hielo glacial; cada cambio remodela vastas extensiones de hábitat. La fauna silvestre responde mediante la migración 迁徙, moviéndose distancias cortas o largas para seguir las condiciones.
Un incendio de copa barriendo un bosque. El fuego es una perturbación natural episódica, y muchas especies están adaptadas a él
2.6
Adaptaciones
Syllabus
Comprensión perdurable (ERT-2): Los ecosistemas tienen estructura y diversidad que cambian con el tiempo.
Objetivo de aprendizaje ERT-2.H: Describir cómo los organismos se adaptan a su entorno.
ERT-2.H.1 Los organismos se adaptan a su entorno a lo largo del tiempo, tanto en escalas cortas como largas, mediante cambios incrementales a nivel genético.
ERT-2.H.2 Los cambios ambientales, ya sean bruscos o graduales, pueden amenazar la supervivencia de una especie, lo que obliga a los individuos a alterar sus comportamientos, migrar o morir.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
Una adaptación 适应 es un rasgo heredado que mejora la supervivencia y la reproducción en un entorno. Las adaptaciones surgen mediante la selección natural 自然选择 – cambio genético incremental acumulado a lo largo de generaciones, no dentro de una sola vida. Cuando cambia el entorno, los individuos deben alterar su comportamiento, mudarse o morir; si el cambio ocurre más rápido de lo que una población puede adaptarse, esta declina. Una perturbación periódica como el fuego suele ser parte de un ciclo saludable, y muchas especies están adaptadas a él (algunos conos de pino se abren solo con el calor de un incendio).
2.7
Sucesión Ecológica
Syllabus
Comprensión Duradera (ERT-2): Los ecosistemas tienen estructura y diversidad que cambian con el tiempo.
Objetivo de Aprendizaje ERT-2.I: Describir la sucesión ecológica.
ERT-2.I.1 Existen dos tipos principales de sucesión ecológica: sucesión primaria y sucesión secundaria.
ERT-2.I.2 Una especie clave en un ecosistema es aquella cuyas actividades desempeñan un papel particularmente significativo en la determinación de la estructura de la comunidad.
ERT-2.I.3 Una especie indicadora es una planta o animal que, por su presencia, abundancia, escasez o composición química, demuestra que está presente algún aspecto distintivo del carácter o calidad de un ecosistema.
Objetivo de Aprendizaje ERT-2.J: Describir el efecto de la sucesión ecológica en los ecosistemas.
ERT-2.J.1 Los miembros pioneros de una especie en etapas tempranas de sucesión suelen colonizar hábitats desocupados y, con el tiempo, se adaptan a sus condiciones particulares, lo cual puede dar lugar al origen de nuevas especies.
ERT-2.J.2 La sucesión en un ecosistema perturbado afectará la biomasa total, la riqueza de especies y la productividad neta con el paso del tiempo.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
Sucesión ecológica
Sucesión ecológica 生态演替 es el cambio gradual y ordenado en una comunidad a lo largo del tiempo:
Sucesión primaria 初级演ítica comienza sobre roca desnuda con sin suelo – después de que un glaciar retrocede o la lava se enfría. Las especies pioneras 先锋物种 como los líquenes 地衣 llegan primero y construyen lentamente el suelo. Es lento.
Líquenes creciendo directamente sobre roca desnuda. Como especies pioneras, desgastan lentamente la roca y construyen la primera capa fina de suelo
Sucesión secundaria 次级演ítica sigue a una perturbación que deja intacto el suelo – después de un incendio o abandono agrícola – por lo que es mucho más rápida.
La sucesión tiende hacia una comunidad clímax 顶极群落 relativamente estable. Dos roles especiales dan forma a una comunidad desproporcionadamente a su número: una especie clave 关键种, cuyas actividades mantienen unida la estructura de la comunidad (si se elimina, la comunidad colapsa – nutrias marinas manteniendo a los erizos bajo control), y una especie indicadora 指示物种, cuya presencia o salud señala la condición de todo el ecosistema (los líquenes desaparecen donde el aire está contaminado).
La sucesión primaria se construye desde roca desnuda; la sucesión secundaria crece de nuevo desde el suelo sobreviviente
Ejemplo resuelto. Un estanque contiene 3 especies de peces con 5, 3 y 2 individuos ($N=10$). El Índice de Diversidad de Simpson $=1-\sum\left(\tfrac{n}{N}\right)^2 = 1-\left[(0.5)^2+(0.3)^2+(0.2)^2\right] = 1-0.38 = 0.62$. Un valor cercano a 1 indica alta diversidad; cercano a 0 significa que una especie domina. Agregar una cuarta especie de tamaño uniforme elevaría el índice.
Comprensión perdurable (ERT-3): Las poblaciones cambian con el tiempo en respuesta a una variedad de factores.
Objetivo de aprendizaje ERT-3.A: Identificar las diferencias entre especies generalistas y especialistas.
ERT-3.A.1 Las especies especialistas tienden a verse favorecidas en hábitats que permanecen constantes, mientras que las especies generalistas tienden a verse favorecidas en hábitats que están cambiando.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
Un generalista 广适性物种 puede vivir en muchos hábitats y alimentarse de muchos tipos de alimentos (racoón, cucaracha) – es flexible, por lo que se adapta bien a los cambios. Un especialista 狭适性物种 necesita condiciones o alimentos específicos (panda, koala) – es eficiente en un hábitat estable pero muy vulnerable si ese hábitat cambia.
Comprensión Duradera (ERT-3): Las poblaciones cambian con el tiempo en respuesta a una variedad de factores.
Objetivo de Aprendizaje ERT-3.B: Identificar las diferencias entre las especies K-seleccionadas y r-seleccionadas.
ERT-3.B.1 Las especies K-seleccionadas tienden a ser grandes, tener pocos descendientes por evento reproductivo, vivir en ambientes estables, invertir mucha energía en cada descendiente, madurar después de muchos años de juventud prolongada y cuidado parental, tener larga esperanza de vida, y reproducirse más de una vez durante su vida. La competencia por recursos en los hábitats de las especies K-seleccionadas suele ser relativamente alta.
ERT-3.B.2 Las especies r-seleccionadas tienden a ser pequeñas, tener muchos descendientes, invertir mínima energía en cada descendiente, madurar tempranamente, tener corta esperanza de vida, y pueden reproducirse solo una vez durante su vida. La competencia por recursos en los hábitats de las especies r-seleccionadas es típicamente relativamente baja.
ERT-3.B.3 El potencial biótico se refiere a la tasa máxima de reproducción de una población en condiciones ideales.
ERT-3.B.4 Muchas especies tienen estrategias reproductivas que no son exclusivamente r-seleccionadas o K-seleccionadas, o que cambian según las condiciones en diferentes momentos.
ERT-3.B.5 Las especies K-seleccionadas suelen verse más afectadas negativamente por especies invasoras que las especies r-seleccionadas, las cuales se ven mínimamente afectadas por estas últimas. La mayoría de las especies invasoras son especies r-seleccionadas.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
Dos estrategias reproductivas:
$r$-selected especies producen muchas crías con poco cuidado, maduran rápido y tienen vidas cortas (insectos, malezas). Colonizan rápidamente y experimentan ciclos de boom y busto.
$K$-selected especies producen pocas crías con mucho cuidado, maduran lentamente y viven largo (elefantes, humanos). Se desarrollan bien cerca de la capacidad de carga en entornos estables, pero se recuperan lentamente de las pérdidas.
Un elefante con su única cría: una especie seleccionada K tiene pocas crías pero invierte fuertemente en cada una, por lo que se recupera lentamente si disminuyen sus númerosUn conejo joven: las especies seleccionadas r producen muchas crías rápidamente con poca inversión parental
3.3
Curvas de Supervivencia
Syllabus
Comprensión Duradera (ERT-3): Las poblaciones cambian con el tiempo en respuesta a una variedad de factores.
Objetivo de Aprendizaje ERT-3.C: Explicar las curvas de supervivencia.
ERT-3.C.1 Una curva de supervivencia es una línea que muestra las tasas de supervivencia relativas de un cohort—un grupo de individuos de la misma edad—en una población, desde el nacimiento hasta la edad máxima alcanzada por cualquier miembro del cohort. Existen curvas Tipo I, Tipo II y Tipo III.
ERT-3.C.2 Las curvas de supervivencia difieren entre especies seleccionadas K y r; las especies seleccionadas K suelen seguir una curva Tipo I o Tipo II, mientras que las especies seleccionadas r siguen una curva Tipo III.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
Una curva de supervivencia 存活曲线 representa cuántos individuos sobreviven a cada edad (en escala logarítmica). Tipo I (humanos): la mayoría sobrevive hasta la vejez y luego muere – una curva convexa. Tipo II (muchas aves): una tasa de mortalidad constante a todas las edades – una línea recta. Tipo III ($r$-selected: peces, insectos): la mayoría muere joven, pocos sobreviven – una curva cóncava.
Curvas de supervivencia Tipo I, II y III en escala logarítmica
Comprensión Duradera (ERT-3): Las poblaciones cambian con el tiempo en respuesta a una variedad de factores.
Objetivo de Aprendizaje ERT-3.D: Describir la capacidad de carga.
ERT-3.D.1 Cuando una población excede su capacidad de carga (la capacidad de carga puede denotarse como K), se produce un sobrepaso. El sobrepaso poblacional tiene impactos ambientales, incluido el agotamiento de recursos.
Objetivo de Aprendizaje ERT-3.E: Describir el impacto de la capacidad de carga en los ecosistemas.
ERT-3.E.1 Un efecto ecológico principal del sobrepaso poblacional es el retroceso de la población (a menudo severo o catastrófico), debido a que la falta de recursos disponibles conduce al hambre, las enfermedades y/o conflictos.
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Ciclos de poblaciones de depredadores y presasCrecimiento exponencial vs. logístico
La capacidad de carga 环境容纳量 ($K$) es la población máxima que un entorno puede sostener a largo plazo. Una población puede sobrepasarla$K$ cuando los recursos son temporalmente abundantes, para luego colapsar (dieback) al agotarse estos. Las poblaciones tienden a fluctuar alrededor de $K$.
El crecimiento de la población se estabiliza en la capacidad de carga del entornoUn rebaño de ciervos: cuando una población se acerca a la capacidad de carga, los recursos limitan el crecimiento posterior
Explorar
Crecimiento hasta la capacidad de carga
Una población crece hacia la capacidad de carga$K$ que sus recursos pueden soportar, y luego se estabiliza. Aumenta la tasa de crecimiento y observa cómo supera ese límite antes de asentarse.
Crecimiento Poblacional y Disponibilidad de Recursos
Syllabus
Comprensión duradera (ERT-3): Las poblaciones cambian con el tiempo en respuesta a una variedad de factores.
Objetivo de aprendizaje ERT-3.F: Explicar cómo la disponibilidad de recursos afecta el crecimiento poblacional.
ERT-3.F.1 El crecimiento poblacional está limitado por factores ambientales, especialmente por los recursos disponibles y el espacio.
ERT-3.F.2 La disponibilidad de recursos y la base total de recursos son limitadas y finitas a todas las escalas temporales.
ERT-3.F.3 Cuando los recursos necesarios para el crecimiento de una población son abundantes, el crecimiento poblacional generalmente se acelera.
ERT-3.F.4 Cuando la base de recursos de una población disminuye, el mayor potencial de distribución desigual de recursos dará lugar finalmente a un aumento de la mortalidad, una disminución de la fecundidad o ambas, lo que provocará que el crecimiento poblacional descienda hasta alcanzar, o quedar por debajo, de la capacidad de carga.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
Con recursos abundantes, una población crece exponencialmente 指数增长 ($J$-curve). A medida que los recursos se vuelven limitados, el crecimiento se ralentiza hacia el crecimiento logístico 逻辑斯蒂增长 ($S$-curve), nivelándose en $K$. Los factores limitantes 限制因素 (alimento, agua, espacio, enfermedad) establecen el techo.
3.6
Diagramas de Estructura Etaria
Syllabus
Comprensión Duradera (EIN-1): Las poblaciones humanas cambian en respuesta a una variedad de factores, incluyendo factores sociales y culturales.
Objetivo de Aprendizaje EIN-1.A: Explicar los diagramas de estructura etaria.
EIN-1.A.1 Las tasas de crecimiento poblacional pueden interpretarse a partir de los diagramas de estructura etaria mediante la forma de la estructura.
EIN-1.A.2 Una población que crece rápidamente tendrá, por lo general, una proporción mayor de personas jóvenes en comparación con poblaciones estables o en declive.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
Un diagrama de estructura etaria 年龄结构图 muestra la proporción de una población en cada grupo de edad. Una base ancha (muchos jóvenes) predice crecimiento rápido; barras uniformes predicen una población estable; una base estrecha predice un declive. Pronostican la futura población de un país.
Pirámides de población de un país en desarrollo y uno desarrollado
3.7
Tasa Total de Fertilidad
Syllabus
Comprensión Duradera (EIN-1): Las poblaciones humanas cambian en respuesta a una variedad de factores, incluidos los sociales y culturales.
Objetivo de Aprendizaje EIN-1.B: Explicar los factores que afectan la tasa de fertilidad total en las poblaciones humanas.
EIN-1.B.1 La tasa de fertilidad total (TFT) se ve afectada por la edad a la que las mujeres tienen su primer hijo, las oportunidades educativas para las mujeres, el acceso a la planificación familiar y las leyes y políticas gubernamentales.
EIN-1.B.2 Si la tasa de fertilidad está en niveles de reemplazo, se considera que la población es relativamente estable.
EIN-1.B.3 Los factores asociados con las tasas de mortalidad infantil incluyen si las madres tienen acceso a buena atención médica y nutrición. Los cambios en estos factores pueden conducir a cambios en las tasas de mortalidad infantil a lo largo del tiempo.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
La tasa total de fertilidad 总生育率 (TFR) es el número promedio de hijos por mujer. Un nivel de reemplazo de aproximadamente 2.1 mantiene una población estable; por encima de ella crece, por debajo decrece. La TFR disminuye con la educación, el acceso a la planificación familiar y la menor mortalidad infantil.
3.8
Dinámica Poblacional Humana
Syllabus
Comprensión Duradera (EIN-1): Las poblaciones humanas cambian en respuesta a una variedad de factores, incluidos los sociales y culturales.
Objetivo de Aprendizaje EIN-1.C.1: Explicar cómo las poblaciones humanas experimentan crecimiento y declive.
EIN-1.C.1 Las tasas de natalidad, las tasas de mortalidad infantil y las tasas de mortalidad generales, el acceso a la planificación familiar, el acceso a una buena nutrición, el acceso a la educación y la postergación del matrimonio afectan si una población humana está creciendo o declinando.
EIN-1.C.2 Los factores que limitan la población humana global incluyen la capacidad de carga de la Tierra y los factores básicos que limitan el crecimiento de la población humana según lo establecido por la teoría malthusiana.
EIN-1.C.3 El crecimiento de la población puede verse afectado tanto por factores independientes de la densidad, como tormentas mayores, incendios, olas de calor o sequías, como por factores dependientes de la densidad, como el acceso al agua potable y al aire limpio, la disponibilidad de alimentos, la transmisión de enfermedades o el tamaño del territorio.
EIN-1.C.4 La regla del 70 establece que dividir el número 70 entre la tasa porcentual de crecimiento de la población aproxima el tiempo de duplicación de la población.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
El crecimiento de la población humana depende de la tasa de natalidad, la tasa de mortalidad y la migración. El crecimiento rápido pone presión sobre los recursos e incrementa la huella ecológica 生态足迹. Los factores que reducen las tasas de natalidad incluyen la educación (especialmente de mujeres), la urbanización y el desarrollo económico.
Ejemplo resuelto. Un país tiene una tasa de natalidad de $30$ por $1000$ y una tasa de mortalidad de $10$ por $1000$. La tasa de crecimiento natural es $\dfrac{30-10}{10}=2.0\%$ por año (dividir la diferencia por mil entre $10$ la convierte en porcentaje). Según la regla del 70, la población se duplica en unos $\dfrac{70}{2.0}=35$ años. Si el desarrollo redujera la tasa de crecimiento a $1.0\%$, el tiempo de duplicación se extendería a $\dfrac{70}{1.0}=70$ años.
Un cruce de ciudad abarrotado: la dinámica poblacional humana depende de las tasas de natalidad, mortalidad y migración
3.9
Transición Demográfica
Syllabus
Comprensión Permanente (EIN-1): Las poblaciones humanas cambian en respuesta a una variedad de factores, incluidos los factores sociales y culturales.
Objetivo de Aprendizaje EIN-1.D: Definir la transición demográfica.
EIN-1.D.1 La transición demográfica se refiere al paso de tasas altas a bajas de natalidad y mortalidad en un país o región a medida que ocurre el desarrollo y ese país pasa de un sistema económico preindustrial a uno industrializado. Esta transición se representa típicamente mediante un modelo de transición demográfica de cuatro etapas (MTD).
EIN-1.D.2 Las características de los países en desarrollo incluyen tasas más altas de mortalidad infantil y una mayor proporción de niños en la fuerza laboral en comparación con los países desarrollados.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
La transición demográfica 人口转型 describe cómo cambia el crecimiento de un país a medida que se desarrolla, en etapas: (1) altas tasas de natalidad y mortalidad (crecimiento lento); (2) cae la tasa de mortalidad (crecimiento rápido); (3) cae la tasa de natalidad (crecimiento enlentecido); (4) ambas bajas (estable). Las naciones desarrolladas están en etapas posteriores; muchas naciones en desarrollo se encuentran en las etapas de crecimiento rápido.
Las cuatro etapas de la transición demográfica
La población crece más rápido en las etapas 2 y 3 – la brecha entre una tasa de natalidad aún alta y una tasa de mortalidad ya caída. Ese desfase explica por qué la población de un país sigue subiendo mucho después de que su tasa de mortalidad desciende.
Comprensión Duradera (ERT-4): Los sistemas de la Tierra interactúan, dando lugar a un estado de equilibrio con el tiempo.
Objetivo de Aprendizaje ERT-4.A: Describir los cambios y eventos geológicos que ocurren en los límites convergentes, divergentes y transformantes de las placas tectónicas.
ERT-4.A.1 Los límites convergentes pueden dar lugar a la formación de montañas, arcos de islas, terremotos y volcanes.
ERT-4.A.2 Los límites divergentes pueden originar la expansión del fondo oceánico, valles de rift, volcanes y terremotos.
ERT-4.A.3 Los límites transformantes pueden generar terremotos.
ERT-4.A.4 Los mapas que muestran la distribución global de los límites de las placas se pueden utilizar para determinar la ubicación de volcanes, arcos de islas, terremotos, puntos calientes y fallas.
ERT-4.A.5 Un terremoto ocurre cuando el esfuerzo supera una falla bloqueada, liberando energía almacenada.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
Los tres tipos de límites de placa
La corteza terrestre está fragmentada en placas que se mueven lentamente sobre el manto: la tectónica de placas. En los límites divergentes, las placas se separan (se forma nueva corteza); en los convergentes, colisionan (formación de montañas, volcanes y terremotos); y en los transformantes, se deslizan lateralmente (terremotos). Los límites crean riesgos geológicos, pero también suelos volcánicos ricos y recursos minerales.
Un volcán erupcionando en un límite de placa en Islandia. La roca fundida que asciende entre placas divergentes construye nueva corteza
Comprensión duradera (ERT-4): Los sistemas de la Tierra interactúan, resultando en un estado de equilibrio a lo largo del tiempo.
Objetivo de aprendizaje ERT-4.B: Describir las características y la formación del suelo.
ERT-4.B.1 Los suelos se forman cuando el material padre es alterado, transportado y depositado.
ERT-4.B.2 Los suelos generalmente se clasifican por horizontes según su composición y contenido de materia orgánica.
ERT-4.B.3 Los suelos pueden ser erosionados por el viento o el agua. Proteger los suelos puede proteger la calidad del agua, ya que los suelos filtran y limpian eficazmente el agua que fluye a través de ellos.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
El suelo se forma lentamente a medida que la roca se altera y se acumula materia orgánica. La erosión es la remoción del suelo por acción del viento y el agua, acelerada por la eliminación de la vegetación (agricultura, deforestación, sobrepastoreo). Dado que la formación del suelo es muy lenta, una erosión superior a su tasa de generación agota este recurso vital.
Los horizontes del suelo se forman con el tiempo mientras la roca madre se altera; la erosión puede arrastrar el suelo superficial e invertir ese proceso
Comprensión perdurable (ERT-4): Los sistemas de la Tierra interactúan, dando lugar a un estado de equilibrio con el tiempo.
Objetivo de aprendizaje ERT-4.C: Describir las similitudes y diferencias entre las propiedades de diferentes tipos de suelo.
ERT-4.C.1 La capacidad de retención de agua —la cantidad total de agua que puede contener el suelo— varía según el tipo de suelo. La retención de agua contribuye a la productividad y fertilidad de los suelos.
ERT-4.C.2 El tamaño de partícula y la composición de cada horizonte del suelo pueden afectar la porosidad, la permeabilidad y la fertilidad del mismo.
ERT-4.C.3 Existen diversos métodos para evaluar las propiedades químicas, físicas y biológicas del suelo, lo cual puede apoyar en una variedad de decisiones, como los requerimientos de riego y fertilización.
ERT-4.C.4 Un triángulo de textura del suelo es un diagrama que permite identificar y comparar tipos de suelo basándose en su porcentaje de arcilla, limo y arena.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
El suelo es una mezcla de arena, limo y arcilla (su textura), además de materia orgánica, agua y aire, organizados en capas llamadas horizontes. La textura controla la porosidad y la permeabilidad: la capacidad del suelo para retener agua y nutrientes. El loam (una mezcla equilibrada) es el ideal para las plantas.
Una excavación en el suelo muestra sus horizontes: suelo superficial oscuro rico en materia orgánica en la parte superior, seguido de capas minerales más claras, sobre roca fracturada (cinta métrica para escala)
Comprensión perdurable (ERT-4): Los sistemas de la Tierra interactúan, dando lugar a un estado de equilibrio a lo largo del tiempo.
Objetivo de aprendizaje ERT-4.D: Describir la estructura y la composición de la atmósfera de la Tierra.
ERT-4.D.1 La atmósfera está compuesta por gases principales, cada uno con su propia abundancia relativa.
ERT-4.D.2 Las capas de la atmósfera se basan en gradientes de temperatura e incluyen la troposfera, estratosfera, mesosfera, termosfera y exosfera.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
La atmósfera está estratificada: la troposfera (donde ocurre el clima y vivimos), la estratosfera (que contiene la capa de ozono) y capas superiores. Está compuesta principalmente por nitrógeno y oxígeno, con gases traza (incluyendo gases de efecto invernadero) que regulan la temperatura.
El aire limpio y seco contiene aproximadamente 78% de nitrógeno, 21% de oxígeno y 1% de otros gases
4.5
Patrones Globales de Viento
Syllabus
Comprensión Duradera (ERT-4): Los sistemas de la Tierra interactúan, dando lugar a un estado de equilibrio a lo largo del tiempo.
Objetivo de Aprendizaje ERT-4.E: Explicar cómo los factores ambientales pueden dar lugar a la circulación atmosférica.
ERT-4.E.1 Los patrones globales de viento resultan principalmente de la radiación solar más intensa que llega al ecuador, lo que provoca diferencias de densidad y el efecto Coriolis.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
Patrones globales de viento
El calentamiento solar desigual impulsa los patrones globales de viento. El aire cálido asciende en el ecuador y desciende alrededor de los 30°, creando celdas de convección (Hadley, Ferrel y polar) y vientos predominantes (vicios alisios, vientos del oeste). La rotación de la Tierra desvía estos vientos mediante el efecto Coriolis, modelando el clima y el tiempo atmosférico.
Tres celdas de circulación por hemisferio determinan los vientos superficiales predominantes
Comprensión duradera (ERT-4): Los sistemas de la Tierra interactúan, lo que resulta en un estado de equilibrio a lo largo del tiempo.
Objetivo de aprendizaje ERT-4.F: Describir las características de una cuenca hidrográfica.
ERT-4.F.1 Las características de una cuenca hidrográfica dada incluyen su área, longitud, pendiente, tipos de suelo y vegetación, así como las divisas con las cuencas hidrográficas adyacentes.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
Una cuenca hidrográfica es toda la tierra que drena hacia un mismo cuerpo de agua. Todo lo que sucede en esa tierra —la agricultura, el pavimento, la contaminación— afecta el agua que drena hacia ella, por lo que las cuencas son unidades clave para gestionar la calidad del agua.
Una cascada en una cuenca fluvial: una cuenca hidrográfica es la tierra que drena hacia un arroyo o lago
Comprensión duradera (ENG-2): La mayoría de los procesos atmosféricos de la Tierra son impulsados por la entrada de energía del Sol.
Objetivo de aprendizaje ENG-2.A: Explicar cómo la energía del Sol afecta la superficie terrestre.
ENG-2.A.1 La radiación solar entrante (insolación) es la principal fuente de energía de la Tierra y depende de la estación y la latitud.
ENG-2.A.2 El ángulo de los rayos solares determina la intensidad de la radiación solar. Debido a la forma de la Tierra, la latitud que recibe la radiación solar de manera perpendicular (directa) obtiene la mayor intensidad.
ENG-2.A.3 La mayor radiación solar por unidad de área se recibe en el ecuador y disminuye hacia los polos.
ENG-2.A.4 La radiación solar recibida en un lugar de la superficie terrestre varía estacionalmente, con la mayor radiación durante el día de verano más largo de esa ubicación y la menor en el día de invierno más corto.
ENG-2.A.5 La inclinación del eje de rotación de la Tierra causa las estaciones y el número de horas de luz diurna en una ubicación específica de la superficie terrestre.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
Las estaciones se deben a la inclinación del eje de la Tierra (aproximadamente 23.5°), no a su distancia respecto al Sol. El hemisferio inclinado hacia el Sol recibe más luz solar directa y días más largos (verano). Esta inclinación también mantiene cálidas las zonas tropicales durante todo el año y frías los polos.
La inclinación del eje terrestre causa las estaciones
4.8
Geografía y Clima de la Tierra
Syllabus
Comprensión Duradera (ENG-2): La mayoría de los procesos atmosféricos de la Tierra están impulsados por la entrada de energía del Sol.
Objetivo de Aprendizaje ENG-2.B: Describir cómo la geografía de la Tierra afecta el clima y el tiempo meteorológico.
ENG-2.B.1 El clima y el tiempo meteorológico no solo se ven afectados por la energía solar, sino también por factores geológicos y geográficos, como las montañas y la temperatura del océano.
ENG-2.B.2 Una sombra de lluvia es una región terrestre que se ha vuelto más seca porque un área de mayor elevación bloquea la precipitación para que no llegue a la tierra.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
La geografía moldea el clima: la latitud (ángulo de入射阳光), la altitud (más frío con la altura), la proximidad a los océanos (moderación de temperaturas) y las montañas que generan una sombra de lluvia (lado barlovento húmedo, lado sotavento seco). Estos factores determinan qué bioma se forma en cada lugar.
Arena de desertos: la latitud, la altitud y las corrientes oceánicas moldean las regiones climáticas de la Tierra
4.9
El Niño y La Niña
Syllabus
Comprensión duradera (ENG-2): La mayoría de los procesos atmosféricos de la Tierra están impulsados por la entrada de energía del Sol.
Objetivo de aprendizaje ENG-2.C: Describir los cambios ambientales y los efectos que resultan de los eventos de El Niño o La Niña (Oscilación del Sur del El Niño).
ENG-2.C.1 El Niño y La Niña son fenómenos asociados con cambios en las temperaturas superficiales del océano en el Pacífico. Estos fenómenos pueden causar cambios globales en los patrones de precipitación, viento y circulación oceánica.
ENG-2.C.2 El Niño y La Niña están influenciados por factores geológicos y geográficos y pueden afectar a diferentes ubicaciones de distintas maneras.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
El Niño y La Niña
El Niño y La Niña son cambios periódicos en las temperaturas y vientos del Océano Pacífico. El Niño (aguas cálidas en el Pacífico oriental) y La Niña (aguas frías en el Pacífico oriental) alteran las precipitaciones, tormentas y pesquerías a nivel mundial; por ejemplo, provocan inundaciones en algunas regiones y sequías en otras.
Ejemplo resuelto. Una placa tectónica se mueve 5 cm por año. ¿Qué distancia recorre en 1 millón de años? $5\ \text{cm/yr}\times 10^{6}\ \text{yr}=5\times10^{6}\ \text{cm}=50\ \text{km}$. Un movimiento anual pequeño se acumula hasta alcanzar distancias a escala de cuenca oceánica a lo largo del tiempo geológico —la misma tasa lenta que abre océanos y construye cadenas montañosas.
Las estaciones se deben a la inclinación del eje de la Tierra, no a su distancia al Sol.
El suelo se forma muy lentamente, por lo que una erosión más rápida que la formación lo agota permanentemente; conocer la textura del suelo (arena/limo/arcilla) y los horizontes.
Explicar los patrones globales de viento desde el calentamiento desigual + el efecto Coriolis, y la sombra de lluvia (barlovento húmedo, sotavento seco).
Nombrar las capas atmosféricas (troposfera = clima, estratosfera = ozono) y la composición del aire (~78% N₂, 21% O₂).
El Niño / La Niña son cambios de temperatura en el Pacífico que modifican las lluvias a nivel mundial.
Comprensión duradera (EIN-2): Cuando los seres humanos utilizan recursos naturales, alteran los sistemas naturales.
Objetivo de aprendizaje EIN-2.A: Explicar el concepto de la tragedia de los comunes.
EIN-2.A.1 La tragedia de los comunes sugiere que las personas utilizarán los recursos compartidos en su propio interés individual, en lugar de hacerlo conforme al bien común, agotando así dichos recursos.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
La tragedia de los comunes
La tragedia de los comunes: cuando un recurso es compartido y accesible para todos (una pesquería, la atmósfera, una pradera), cada usuario extrae tanto como puede para obtener beneficio privado, lo que resulta en el sobreexplotación y deterioro del recurso compartido para todos. Las soluciones requieren regulación, privatización o gestión cooperativa.
5.2
Desbroce Total
Syllabus
Comprensión perdurable (EIN-2): Cuando los seres humanos utilizan recursos naturales, alteran los sistemas naturales.
Objetivo de aprendizaje EIN-2.B: Describir el efecto del desbroce en los bosques.
EIN-2.B.1 El desbroce puede ser económicamente ventajoso, pero provoca la erosión del suelo, el aumento de las temperaturas del suelo y de los arroyos, e inundaciones.
EIN-2.B.2 Los bosques contienen árboles que absorben contaminantes y almacenan dióxido de carbono. La tala y la quema de árboles liberan dióxido de carbono y contribuyen al cambio climático.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
El desbroce total elimina todos los árboles de un área al mismo tiempo. Es económico y eficiente, pero causa erosión, pérdida de hábitat y biodiversidad, inundaciones y mayores temperaturas del suelo. La recuperación es lenta y los arroyos cercanos sufren por la sedimentación.
Un desbroce reciente: todos los árboles de la franja se han extraído de una vez, dejando suelo desnudo que se erosiona y arrastra hacia los arroyosLa deforestación reduce la biodiversidad y provoca erosión, inundaciones y aumento de CO2
Comprensión Duradera (EIN-2): Cuando los seres humanos utilizan recursos naturales, alteran los sistemas naturales.
Objetivo de Aprendizaje EIN-2.C: Describir cambios en las prácticas agrícolas.
EIN-2.C.1 La Revolución Verde inició un cambio hacia nuevas estrategias y prácticas agrícolas con el fin de aumentar la producción de alimentos, obteniendo resultados positivos y negativos. Algunas de estas estrategias y métodos incluyen la mecanización, los organismos genéticamente modificados (OGM), la fertilización, la irrigación y el uso de pesticidas.
EIN-2.C.2 La mecanización de la agricultura puede aumentar los beneficios y la eficiencia de las granjas. También puede aumentar la dependencia de los combustibles fósiles.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
La Revolución Verde aumentó los rendimientos de los cultivos mediante semillas de alto rendimiento, fertilizantes sintéticos, pesticidas, riego y mecanización. Alimentó a miles de millones, pero trajo costos: degradación del suelo, contaminación del agua, alto consumo de energía y agua, y pérdida de diversidad de cultivos (monocultivo).
Los fertilizantes NPK proporcionan los tres elementos que más necesitan las plantas
5.4
Impactos de las Prácticas Agrícolas
Syllabus
Comprensión Duradera (EIN-2): Cuando los seres humanos utilizan recursos naturales, alteran los sistemas naturales.
Objetivo de Aprendizaje EIN-2.D: Describir prácticas agrícolas que causan daño ambiental.
EIN-2.D.1 Las prácticas agrícolas que pueden causar daño ambiental incluyen el arado, la agricultura de tala y quema, y el uso de fertilizantes.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
Prácticas como el laboreo, el monocultivo y el uso intensivo de fertilizantes y pesticidas causan erosión, salinización del suelo, escorrentía de nutrientes (que provoca eutrofización) y pérdida de biodiversidad. Los métodos sostenibles reducen estos daños.
Tierras agrícolas intensivas: el laboreo, los fertilizantes y los monocultivos aumentan los rendimientos pero pueden erosionar el suelo y contaminar el agua
5.5
Métodos de Riego
Syllabus
Comprensión Duradera (EIN-2): Cuando los seres humanos utilizan recursos naturales, alteran los sistemas naturales.
Objetivo de Aprendizaje EIN-2.E: Describir diferentes métodos de irrigación.
EIN-2.E.1 El mayor uso humano de agua dulce es para la irrigación (70%).
EIN-2.E.2 Los tipos de irrigación incluyen riego por goteo, riego por inundación, riego por surcos, riego por aspersión y riego por goteo.
Objetivo de Aprendizaje EIN-2.F: Describir las ventajas e inconvenientes de los diferentes métodos de irrigación.
EIN-2.F.1 La encharcamiento ocurre cuando se deja demasiado agua estancada en el suelo, lo que eleva el nivel freático del agua subterránea e inhibe la capacidad de las plantas para absorber oxígeno a través de sus raíces.
EIN-2.F.2 El riego por surcos implica cortar surcos entre las hileras de cultivos y llenarlos con agua. Este sistema es económico, pero aproximadamente 1/3 del agua se pierde por evaporación y escorrentía.
EIN-2.F.3 El riego por inundación consiste en inundar un campo agrícola con agua. En este sistema, aproximadamente el 20% del agua se pierde por evaporación y escorrentía. Esto también puede provocar el encharcamiento del suelo.
EIN-2.F.4 El riego por aspersión implica bombear agua subterránea hacia boquillas de aspersión distribuidas por todo un campo agrícola. Este sistema es más eficiente que el riego por inundación y por surcos, con solo 1/4 o menos del agua perdida por evaporación o escorrentía. Sin embargo, los sistemas de aspersión son más costosos que el riego por inundación y por surcos, y además requieren energía para funcionar.
EIN-2.F.5 El riego por goteo utiliza mangueras perforadas para liberar pequeñas cantidades de agua directamente a las raíces de las plantas. Este sistema es el más eficiente, con solo alrededor del 5% del agua perdido por evaporación y escorrentía. Sin embargo, este sistema es costoso y, por lo tanto, no se utiliza con frecuencia.
EIN-2.F.6 La salinización ocurre cuando las sales presentes en el agua subterránea permanecen en el suelo después de que el agua se evapora. Con el tiempo, la salinización puede hacer que el suelo sea tóxico para las plantas.
EIN-2.F.7 Los acuíferos pueden agotarse gravemente si se sobreexplotan para la irrigación agrícola, como ha sucedido con el Acuífero Ogallala en el centro de Estados Unidos.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
El riego suministra agua a los cultivos; es con diferencia el mayor uso humano de agua dulce - aproximadamente el 70% a nivel mundial, una cifra que el examen espera que sepas. El riego por goteo es el más eficiente (menor evaporación); los métodos de inundación y aspersión desperdician más agua y pueden causar encharcamiento y salinización ya que la evaporación deja sales atrás. El riego excesivo agota los acuíferos (almacenamientos subterráneos de agua dulce) más rápido de lo que se reponen.
Métodos de riego comparados: el goteo desperdicia menos agua, la inundación la más
Comprensión Duradera (EIN-2): Cuando los humanos utilizan recursos naturales, alteran los sistemas naturales.
Objetivo de Aprendizaje EIN-2.G: Describir las ventajas y desventajas de diferentes métodos de control de plagas.
EIN-2.G.1 Una consecuencia del uso de métodos comunes de control de plagas, como pesticidas, herbicidas, fungicidas, rodicidas e insecticidas, es que los organismos pueden desarrollar resistencia a ellos mediante la selección artificial. El control de plagas reduce los daños en los cultivos causados por las plagas y aumenta el rendimiento de los cultivos.
EIN-2.G.2 Los cultivos pueden ser modificados genéticamente para aumentar su resistencia a plagas y enfermedades. Sin embargo, el uso de cultivos modificados genéticamente en la siembra u otras prácticas puede conducir a una pérdida de diversidad genética de ese cultivo en particular.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
Los pesticidas matan plagas y aumentan los rendimientos, pero generan problemas: dañan especies no objetivo, contaminan el agua y impulsan la resistencia a los pesticidas (los supervivientes se reproducen, por lo que se necesitan dosis más fuertes – la "escalera mecánica de los pesticidas").
Rociado aéreo de pesticidas: el control químico de plagas puede proteger los rendimientos pero también dañar especies no objetivo y crear plagas resistentes
5.7
Métodos de Producción de Carne
Syllabus
Comprensión Duradera (EIN-2): Cuando los seres humanos utilizan recursos naturales, alteran los sistemas naturales.
Objetivo de Aprendizaje EIN-2.H: Identificar diferentes métodos de producción de carne.
EIN-2.H.1 Los métodos de producción de carne incluyen las operaciones de alimentación concentrada de animales (CAFO, por sus siglas en inglés), también conocidas como corrales de engorde, y el pastoreo de rango libre.
Objetivo de Aprendizaje EIN-2.I: Describir los beneficios y desventajas de los diferentes métodos de producción de carne.
EIN-2.I.1 La producción de carne es menos eficiente que la agricultura; se necesitan aproximadamente 20 veces más tierra para producir la misma cantidad de calorías a partir de carne que a partir de plantas.
EIN-2.I.2 Las operaciones de alimentación concentrada de animales (CAFO) se utilizan como una forma de preparar rápidamente al ganado para el sacrificio. Tienden a ser hacinadas, y los animales se alimentan de granos o pienso que no son tan adecuados como el pasto. Además, los corrales de engorde generan una gran cantidad de desechos orgánicos, lo que puede contaminar las aguas subterráneas y superficiales. El uso de corrales de engorde es menos costoso que otros métodos, lo que puede mantener bajos los costos para los consumidores.
EIN-2.I.3 El pastoreo de rango libre permite que los animales se alimenten de pasto durante todo su ciclo de vida. La carne de animales de rango libre tiende a estar libre de antibióticos y otros químicos utilizados en los corrales de engorde. Los desechos orgánicos de estos animales actúan como fertilizante. El pastoreo de rango libre requiere grandes extensiones de tierra y la carne producida es más costosa para los consumidores.
EIN-2.I.4 El sobrepastoreo ocurre cuando demasiados animales se alimentan en un área específica de tierra. El sobrepastoreo causa la pérdida de vegetación, lo que conduce a la erosión del suelo.
EIN-2.I.5 El sobrepastoreo puede causar desertificación. La desertificación es la degradación de regiones de baja precipitación hacia condiciones cada vez más áridas hasta convertirse en desiertos.
EIN-2.I.6 Un menor consumo de carne podría reducir las emisiones de $\text{CO}_2$, metano y $\text{N}_2\text{O}$; conservar agua; reducir el uso de antibióticos y hormonas de crecimiento; y mejorar el suelo superficial.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
La producción de carne, especialmente en operaciones concentradas de alimentación animal (CAFOs), utiliza grandes cantidades de tierra, agua, alimento y energía, y genera residuos y metano (un gas de efecto invernadero). La carne es mucho menos eficiente energéticamente que los alimentos vegetales debido a la regla del 10%: los niveles tróficos superiores desperdician más energía.
Sobrepastoreo - dejar que el ganado coma la vegetación más rápido de lo que crece - quita a la tierra su cubierta protectora. En tierras secas esto puede impulsar la desertificación: la degradación de regiones de baja precipitación hasta convertirse en desiertos. La respuesta sostenible es el pastoreo rotativo, mover el ganado regularmente entre pastizales para que ninguna área quede totalmente expuesta.
5.8
Impactos de la Sobrepesca
Syllabus
Comprensión Duradera (EIN-2): Cuando los seres humanos utilizan recursos naturales, alteran los sistemas naturales.
Objetivo de Aprendizaje EIN-2.J: Describir las causas y los problemas relacionados con la sobrepesca.
EIN-2.J.1 La sobrepesca ha provocado una escasez extrema de algunas especies de peces, lo que puede reducir la biodiversidad en los sistemas acuáticos y afectar a las personas que dependen de la pesca para su alimentación y comercio.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
La sobrepesca extrae peces más rápido de lo que se reproducen, colapsando poblaciones (como el bacalao). La captura incidental (captura no deseada) y los métodos destructivos (arrastre de fondo) dañan los ecosistemas. Es una tragedia clásica de los comunes en el océano abierto.
Explorar
Impulsar un stock pesquero más allá de su límite
Una población crece hacia su capacidad de carga$K$, pero la pesca a un ritmo más rápido que su reproducción colapsa el stock. Aumenta la presión y observa cómo la población se desploma.
5.9
Impactos de la Minería
Syllabus
Comprensión Duradera (EIN-2): Cuando los humanos utilizan recursos naturales, alteran los sistemas naturales.
Objetivo de Aprendizaje EIN-2.K: Describir la extracción de recursos naturales mediante la minería.
EIN-2.K.1 A medida que las menas más accesibles se agotan por la minería, las operaciones mineras se ven obligadas a acceder a menas de menor ley. El acceso a estas menas requiere un mayor uso de recursos que puede generar mayores cantidades de residuos y contaminación.
EIN-2.K.2 La minería a cielo abierto es la remoción de grandes porciones de suelo y roca, denominadas sobrecarga, con el fin de acceder al mineral subyacente. Un ejemplo es la minería en franjas (strip mining), la cual elimina la vegetación de una zona, haciendo que dicha área sea más susceptible a la erosión.
Objetivo de Aprendizaje EIN-2.L: Describir los impactos ecológicos y económicos de la extracción de recursos naturales mediante la minería.
EIN-2.L.1 Los residuos mineros incluyen el suelo y la roca que se mueven para acceder al mineral, así como los desechos llamados escoria y relaves que quedan después de extraer los minerales de la mena. La minería ayuda a proporcionar energía y materiales de bajo costo necesarios para fabricar productos. La extracción de carbón puede destruir hábitats, contaminar aguas subterráneas y liberar partículas de polvo y metano.
EIN-2.L.2 A medida que las reservas de carbón disminuyen debido a la falta de reservas fácilmente accesibles, resulta necesario acceder al carbón mediante la minería subterránea, lo cual es muy costoso.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
La minería extrae minerales y combustibles pero altera la tierra, especialmente la minería superficial (a cielo abierto) y la eliminación de cimas montañosas. Los impactos incluyen destrucción de hábitat, drenaje ácido de minas y relaves tóxicos que contaminan el agua.
Una mina a cielo abierto: las banquetas se cortan cada vez más anchas y profundas para alcanzar el mineral, destruyendo el hábitat y exponiendo rocas que contaminan el agua
Cuando los depósitos fácilmente accesibles se agotan, la minería pasa a ser subterránea, que es mucho más costosa y peligrosa; el mismo patrón aplica al carbón a medida que disminuyen sus reservas accesibles.
Comprensión duradera (EIN-2): Cuando los seres humanos utilizan recursos naturales, alteran los sistemas naturales.
Objetivo de aprendizaje EIN-2.M: Describir los efectos de la urbanización sobre el medio ambiente.
EIN-2.M.1 La urbanización puede provocar el agotamiento de recursos y la intrusión de agua salada en el ciclo hidrológico.
EIN-2.M.2 La urbanización, a través de la quema de combustibles fósiles y los vertederos, afecta el ciclo del carbono al aumentar la cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera.
EIN-2.M.3 Las superficies impermeables son estructuras fabricadas por el ser humano —como carreteras, edificios, aceras y estacionamientos— que no permiten que el agua llegue al suelo, lo que provoca inundaciones.
EIN-2.M.4 La expansión urbana es el cambio en la distribución de la población desde áreas de alta densidad hacia suburbios de baja densidad que se extienden sobre tierras rurales, lo que conlleva posibles problemas ambientales.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
La urbanización reemplaza la tierra natural con superficies impermeables (carreteras, edificios), aumentando la escorrentía y las inundaciones, creando islas de calor urbanas y generando contaminación y residuos. La expansión urbana consume tierras de cultivo y hábitats. También presiona el ciclo hidrológico: una ciudad densa agota el agua local, y la extracción intensa de agua subterránea cerca de la costa atrae agua salada hacia el acuífero - intrusión salina - lo cual puede arruinar un suministro de agua dulce.
Expansión urbana: la vivienda se extiende sobre antiguas tierras de cultivo, sellando el suelo para que la lluvia se escorra en lugar de infiltrarse
Comprensión Duradera (EIN-2): Cuando los seres humanos utilizan recursos naturales, alteran los sistemas naturales.
Objetivo de Aprendizaje EIN-2.N: Explicar las variables medidas en una huella ecológica.
EIN-2.N.1 Las huellas ecológicas comparan la demanda de recursos y la producción de residuos necesaria para un individuo o una sociedad.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
Una huella ecológica mide la tierra y el agua que una persona o población necesita para proveer recursos y absorber residuos. Las naciones ricas y de alto consumo tienen huellas mucho más grandes. Si la huella de todos excede la capacidad de la Tierra, los recursos se están usando de forma insostenible.
Ejemplo resuelto. La Tierra proporciona aproximadamente $1.6$ hectáreas globales (gha) de biocapacidad por persona. Si la huella promedio de una persona es $2.7\ \text{gha}$, la humanidad está demandando aproximadamente $\tfrac{2.7}{1.6}\approx1.7$ Tierras – viviendo más allá de lo que el planeta puede renovar. Peor aún, si todos consumieran como una nación de altos ingresos a $8\ \text{gha}$ por persona, se necesitarían $\tfrac{8}{1.6}=5$ Tierras – exactamente por eso la huella por persona es la principal métrica de sostenibilidad.
5.12
Introducción a la Sostenibilidad
Syllabus
Comprensión Duradera (STB-1): Los seres humanos pueden mitigar su impacto sobre los recursos de tierra y agua mediante un uso sostenible.
Objetivo de Aprendizaje STB-1.A: Explicar el concepto de sostenibilidad.
STB-1.A.1 La sostenibilidad se refiere a que los seres humanos vivan en la Tierra y utilicen los recursos sin agotarlos para las generaciones futuras. Los indicadores ambientales que pueden guiar a los seres humanos hacia la sostenibilidad incluyen la diversidad biológica, la producción de alimentos, las temperaturas superficiales globales promedio y las concentraciones de $\text{CO}_2$, la población humana y la agotamiento de recursos.
STB-1.A.2 El rendimiento sostenible es la cantidad de un recurso renovable que se puede extraer sin reducir la oferta disponible.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
La sostenibilidad significa satisfacer las necesidades presentes sin perjudicar la capacidad de las generaciones futuras para satisfacer las suyas. Equilibra la salud ambiental, la viabilidad económica y la equidad social, utilizando recursos no más rápido de lo que puedan reemplazarse.
Turbinas eólicas en tierras agrícolas: el uso sostenible de recursos satisface las necesidades presentes sin bloquear a las generaciones futuras
Integrated pest management/ˈɪntɪɡreɪtɪd pest ˈmænɪdʒmənt/
综合虫害管理
zōng hé chóng hài guǎn lǐ
crop rotation/krɒp rəʊˈteɪʃn/
轮作
lún zuò
contour plowing/ˈkɒntʊə ˈplaʊɪŋ/
等高耕作
děng gāo gēng zuò
terracing/ˈterɪsɪŋ/
梯田
tī tián
Aquaculture/ˈækwəkʌltʃə/
水产养殖
shuǐ chǎn yǎng zhí
selective cutting/sɪˈlektɪv ˈkʌtɪŋ/
择伐
zé fá
reforestation/rɪˌfɒrɪˈsteɪʃn/
重新造林
chóng xīn zào lín
prescribed burn/prɪˈskraɪbd bɜːn/
计划烧除
jì huà shāo chú
5.13
Métodos para Reducir la Escorrentía Urbana
Syllabus
Comprensión perdurable (STB-1): Los seres humanos pueden mitigar su impacto sobre los recursos terrestres y hídricos mediante un uso sostenible.
Objetivo de aprendizaje STB-1.B: Describir métodos para mitigar problemas relacionados con el escurrimiento superficial urbano.
STB-1.B.1 Los métodos para aumentar la infiltración del agua incluyen reemplazar las pavimentos tradicionales por pavimentos permeables, plantar árboles, aumentar el uso del transporte público y construir hacia arriba, no hacia afuera.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
Reducir la escorrentía con pavimento permeable, jardines de lluvia y techos verdes, estanques de retención y vegetación preservada. Estas permiten que el agua se infiltre, filtrando contaminantes y recargando aguas subterráneas en lugar de inundar arroyos.
5.14
Manejo Integrado de Plagas
Syllabus
Comprensión Duradera (STB-1): Los seres humanos pueden mitigar su impacto en los recursos terrestres y hídricos mediante un uso sostenible.
Objetivo de Aprendizaje STB-1.C: Describir el manejo integrado de plagas.
STB-1.C.1 El manejo integrado de plagas (MIP) es una combinación de métodos utilizados para controlar eficazmente las especies de plagas al minimizar la perturbación del medio ambiente. Estos métodos incluyen técnicas biológicas, físicas y limitadas químicamente, como el biocontrol, la siembra intercalada, la rotación de cultivos y el uso de depredadores naturales de las plagas.
Objetivo de Aprendizaje STB-1.D: Describir los beneficios y desventajas del manejo integrado de plagas (MIP).
STB-1.D.1 El uso del manejo integrado de plagas (MIP) reduce el riesgo que los pesticidas representan para la vida silvestre, los abastecimientos de agua y la salud humana.
STB-1.D.2 El manejo integrado de plagas (MIP) minimiza las perturbaciones al medio ambiente y las amenazas a la salud humana, pero puede ser complejo y costoso.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
El manejo integrado de plagas (IPM) combina métodos – controles biológicos (depredadores naturales), rotación de cultivos, pesticidas dirigidos limitados y monitoreo – para controlar plagas con menos uso químico, frenando la resistencia y protegiendo especies no objetivo.
5.15
Agricultura Sostenible
Syllabus
Comprensión Duradera (STB-1): Los seres humanos pueden mitigar su impacto sobre los recursos de tierra y agua mediante un uso sostenible.
Objetivo de Aprendizaje STB-1.E: Describir prácticas sostenibles de producción agrícola y alimentaria.
STB-1.E.1 El objetivo de la conservación del suelo es prevenir la erosión del suelo. Diferentes métodos de conservación incluyen el laboreo en curvas de nivel, cortavientos, cultivos perennes, terrazas, agricultura de siembra directa y siembra franjada.
STB-1.E.2 Las estrategias para mejorar la fertilidad del suelo incluyen la rotación de cultivos y la adición de abonos verdes y cal.
STB-1.E.3 La pastoreo rotativo es la rotación regular del ganado entre diferentes pastizales con el fin de evitar el sobrepastoreo en una zona específica.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
La agricultura sostenible protege el suelo y el agua: rotación de cultivos, cultivos de cobertura, laboreo en curvas de nivel, terrazas, laboreo reducido y agroforestería. Estos reducen la erosión, mantienen la fertilidad y disminuyen los insumos químicos.
Las terrazas de arroz convierten una pendiente empinada en gradones nivelados, para que el agua y el suelo permanezcan en su lugar en lugar de erosionarse cuesta abajo
5.16
Acuicultura
Syllabus
Comprensión Duradera (STB-1): Los seres humanos pueden mitigar su impacto sobre los recursos terrestres y acuáticos mediante un uso sostenible.
Objetivo de Aprendizaje STB-1.F: Describir las ventajas e inconvenientes de la acuicultura.
STB-1.F.1 La acuicultura se ha expandido porque es altamente eficiente, requiere solo pequeñas extensiones de agua y consume poca energía.
STB-1.F.2 La acuicultura puede contaminar las aguas residuales, y los peces que escapan pueden competir o reproducirse con los peces silvestres. La densidad de peces en la acuicultura puede provocar un aumento en la incidencia de enfermedades, las cuales pueden transmitirse a los peces silvestres.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
La acuicultura (cría de peces) alivia la presión sobre los stock salvajes y es eficiente, pero puede contaminar el agua con residuos y antibióticos, propagar enfermedades a los peces silvestres y destruir hábitats (como los manglares para granjas de camarones).
5.17
Silvicultura Sostenible
Syllabus
Comprensión Duradera (STB-1): Los seres humanos pueden mitigar su impacto sobre los recursos de tierra y agua mediante un uso sostenible.
Objetivo de Aprendizaje STB-1.G: Describir métodos para mitigar el impacto humano en los bosques.
STB-1.G.1 Algunos de los métodos para mitigar la deforestación incluyen la reforestación, el uso y compra de madera obtenida mediante técnicas silvícolas ecológicamente sostenibles, y la reutilización de la madera.
STB-1.G.2 Los métodos para proteger los bosques contra patógenos e insectos incluyen el manejo integrado de plagas (MIP) y la eliminación de árboles afectados.
STB-1.G.3 La quema controlada es un método mediante el cual se establece fuego a los bosques bajo condiciones controladas con el fin de reducir la ocurrencia de incendios naturales.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
La silvicultura sostenible mantiene los bosques productivos: corte selectivo en lugar del desbroce total, replantación, dejar franjas de amortiguamiento a lo largo de los arroyos y largos tiempos de rotación. Mantiene el hábitat, previene la erosión y permite que los bosques sigan prestando servicios ecosistémicos.
Los bosques también absorben contaminantes y almacenan dióxido de carbono, por lo que su tala y quema liberan $\text{CO}_2$ y empeoran el cambio climático. Formas de mitigar la deforestación incluyen la reforestación (replantación), comprar madera de silvicultura ecológicamente sostenible y reutilizar la madera. Una herramienta separada es el incendio prescrito: quemar deliberadamente un bosque bajo condiciones controladas para eliminar combustible, para que un incendio posterior no pueda volverse catastrófico.
5.17
Consejos para el Examen
Explica la tragedia de los comunes — los recursos compartidos y sin dueño se sobreexplotan — y cómo las reglas/propiedad la previenen.
Sopesa los puntos a favor y en contra de la revolución verde, el riego (salinización, agotamiento de acuíferos) y la minería/urbanización.
Calcula una huella ecológica en "número de Tierras" (huella ÷ biocapacidad por persona); se mide por persona.
Enumera los daños de la deforestación (erosión, inundaciones, pérdida de hábitat, más CO₂).
Define sostenibilidad (satisfacer necesidades sin perjudicar a generaciones futuras) y menciona métodos sostenibles (manejo integrado de plagas, rotación de cultivos, cuotas).
Comprensión perdurable (ENG-3): Los seres humanos utilizan energía de diversas fuentes, lo que genera consecuencias positivas y negativas.
Objetivo de aprendizaje ENG-3.A: Identificar las diferencias entre las fuentes de energía no renovables y las renovables.
ENG-3.A.1 Las fuentes de energía no renovables son aquellas que existen en una cantidad fija e implican transformaciones energéticas que no pueden reemplazarse fácilmente.
ENG-3.A.2 Las fuentes de energía renovables son aquellas que se pueden regenerar naturalmente a una tasa igual o superior a la de su consumo, permitiendo su reutilización.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
Un recurso renovable 可再生资源 se replenishes en una escala de tiempo humana (sol, viento, agua, biomasa); un recurso no renovable 不可再生资源 existe en cantidades fijas que tardan millones de años en formarse (combustibles fósiles, combustible nuclear). Los recursos no renovables eventualmente se agotarán y a menudo contaminan más.
Turbinas eólicas: las fuentes renovables se replenecen en escalas de tiempo humanas; los combustibles fósiles no
6.2
Consumo Global de Energía
Syllabus
Comprensión Duradera (ENG-3): Los seres humanos utilizan energía procedente de diversas fuentes, lo que genera consecuencias positivas y negativas.
Objetivo de Aprendizaje ENG-3.B: Describir las tendencias en el consumo de energía.
ENG-3.B.1 El uso de recursos energéticos no está distribuido equitativamente entre los países desarrollados y los países en desarrollo.
ENG-3.B.2 Las fuentes de energía más utilizadas a nivel mundial son los combustibles fósiles.
ENG-3.B.3 A medida que los países en desarrollo se van desarrollando, aumenta su dependencia de los combustibles fósiles para la generación de energía.
ENG-3.B.4 A medida que el mundo se industrializa más, aumenta la demanda de energía.
ENG-3.B.5 La disponibilidad, el precio y las regulaciones gubernamentales influyen en qué fuentes de energía utiliza la población y cómo las utiliza.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
El uso global de energía está aumentando, especialmente en las naciones en desarrollo. La mayoría de la energía aún proviene de combustibles fósiles 化石燃料. Las naciones ricas consumen más por persona; el acceso a la energía moldea el desarrollo económico.
Explorar
Rastrear la energía desde la fuente hasta su uso
Un diagrama de Sankey muestra cómo fluye la energía desde las fuentes hasta el trabajo útil, y cuánto se pierde. La mayor parte de la energía primaria se desperdicia en forma de calor antes de realizar cualquier trabajo útil.
6.3
Tipos de Combustible y Usos
Syllabus
Comprensión Duradera (ENG-3): Los seres humanos utilizan energía procedente de diversas fuentes, lo que conlleva consecuencias positivas y negativas.
Objetivo de Aprendizaje ENG-3.C: Identificar tipos de combustibles y sus usos.
ENG-3.C.1 La madera se utiliza comúnmente como combustible en las formas de leña y carbón vegetal. A menudo se usa en países en desarrollo porque es fácilmente accesible.
ENG-3.C.2 El turba es material orgánico parcialmente descompuesto que puede quemarse como combustible.
ENG-3.C.3 Tres tipos de carbón utilizados como combustible son la lignita, el carbón bituminoso y el antracita. El calor, la presión y la profundidad de enterramiento contribuyen al desarrollo de los diferentes tipos de carbón y sus propiedades.
ENG-3.C.4 El gas natural, el más limpio de los combustibles fósiles, está compuesto principalmente por metano.
ENG-3.C.5 El petróleo crudo puede extraerse de arenas betuminosas, que son una combinación de arcilla, arena, agua y betún.
ENG-3.C.6 Los combustibles fósiles pueden transformarse en tipos específicos de combustible para usos especializados (p. ej., en vehículos motorizados).
ENG-3.C.7 La cogeneración ocurre cuando una fuente de combustible se utiliza para generar tanto calor útil como electricidad.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
Diferentes combustibles se adaptan a diferentes necesidades: carbón y gas natural para electricidad, petróleo para transporte, y biomasa para calefacción y cocción en muchas regiones. Cada uno tiene compensaciones en costo, disponibilidad y contaminación.
6.4
Distribución de Recursos Energéticos Naturales
Syllabus
Comprensión duradera (ENG-3): Los seres humanos utilizan energía procedente de diversas fuentes, lo que genera consecuencias positivas y negativas.
Objetivo de aprendizaje ENG-3.D: Identificar dónde se encuentran los recursos naturales de energía.
ENG-3.D.1 La distribución global de los recursos naturales de energía, como minerales, carbón, petróleo crudo y gas, no es uniforme y depende de la historia geológica de cada región.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
Los recursos energéticos están distribuidos desigualmente – el petróleo se concentra en algunas regiones, el carbón en otras, y las renovables dependen del sol, viento o ríos locales. Esta distribución desigual impulsa el comercio, la economía y la geopolítica.
6.5
Combustibles Fósiles
Syllabus
Comprensión perdurable (ENG-3): Los seres humanos utilizan energía procedente de diversas fuentes, lo que conlleva consecuencias positivas y negativas.
Objetivo de aprendizaje ENG-3.E: Describir el uso y los métodos de los combustibles fósiles en la generación de energía eléctrica.
ENG-3.E.1 La combustión de los combustibles fósiles es una reacción química entre el combustible y el oxígeno que produce dióxido de carbono y agua, y libera energía.
ENG-3.E.2 La energía de los combustibles fósiles se produce quemándolos para generar calor, el cual vaporiza agua. Ese vapor acciona una turbina, que hace girar un generador, produciendo electricidad.
ENG-3.E.3 Los seres humanos emplean diversos métodos para extraer combustibles fósiles del subsuelo con fines energéticos.
Objetivo de aprendizaje ENG-3.F: Describir los efectos de los combustibles fósiles sobre el medio ambiente.
ENG-3.F.1 La fracturación hidráulica (fracking) puede provocar la contaminación de las aguas subterráneas y la liberación de compuestos orgánicos volátiles.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
Combustibles fósiles (carbón, petróleo, gas natural) se formaron a partir de organismos antiguos. Son densos en energía y confiables pero no renovables y la principal fuente de $\text{CO}_2$ y contaminación del aire. El carbón es el más sucio; el gas natural quema más limpio pero escapa metano 甲烷.
Una mina de lignito 褐煤 (carbón marrón) alimentando la central eléctrica 发电站 detrás de ella — el combustible se excava del suelo y se quema en el lugar
El carbón se forma en etapas, y su grado aumenta con el calor, la presión y la profundidad de entierro que ha soportado. La materia vegetal parcialmente descompuesta primero se convierte en turba 泥炭 (que puede secarse y quemarse), luego lignito marron blando, luego carbón bituminoso 烟煤, y finalmente antracita 无烟煤 duro – cada paso es más seco, más rico en carbono y con mayor energía, por lo que la antracita quema más caliente y limpia.
El petróleo y el gas natural son cada vez más alcanzados mediante fractura hidráulica 水力压裂 ("fracking"): un fluido a alta presión se bombea en roca de esquisto para abrirla y liberar el combustible atrapado. Ha desbloqueado enormes reservas, pero puede contaminar las aguas subterráneas (metano y químicos llegando a pozos de agua potable), liberar compuestos orgánicos volátiles 挥发性有机化合物 al aire y desencadenar terremotos menores.
El petróleo crudo también puede recuperarse de arenas bituminosas 油砂 – una mezcla de arcilla, arena, agua y bitumen 沥青 espeso. Separar el petróleo es intensivo en energía y agua y despeja grandes áreas de tierra, por lo que su costo ambiental por barril de petróleo es alto.
Comprensión duradera (ENG-3): Los seres humanos utilizan energía de diversas fuentes, lo que conlleva consecuencias positivas y negativas.
Objetivo de aprendizaje ENG-3.G: Describir el uso de la energía nuclear en la generación de electricidad.
ENG-3.G.1 La energía nuclear se genera mediante fisión, donde los átomos de Uranio-235, almacenados en barras de combustible, se dividen en partes más pequeñas tras ser impactados por un neutrón. La fisión nuclear libera una gran cantidad de calor, que se utiliza para generar vapor; este impulsa una turbina y produce electricidad.
ENG-3.G.2 La radiactividad ocurre cuando el núcleo de un isótopo radiactivo pierde energía emitiendo radiación.
ENG-3.G.3 El Uranio-235 permanece radiactivo durante mucho tiempo, lo que da lugar a los problemas asociados con el desecho de residuos nucleares.
ENG-3.G.4 La generación de energía nuclear es una fuente de energía no renovable. Se considera una fuente de energía más limpia porque no produce contaminantes atmosféricos, pero sí genera contaminación térmica y desechos sólidos peligrosos.
Objetivo de aprendizaje ENG-3.H: Describir los efectos del uso de la energía nuclear en el medio ambiente.
ENG-3.H.1 Three Mile Island, Chernóbil y Fukushima son tres casos en los que accidentes o desastres naturales provocaron la liberación de radiación. Estas emisiones han tenido impactos a corto y largo plazo sobre el medio ambiente.
ENG-3.H.2 La vida media de un elemento radiactivo puede utilizarse para calcular diversas cosas, incluyendo la tasa de desintegración y el nivel de radioactividad en momentos específicos.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
Energía nuclear 核nuclear divide uranio (fisión 裂变) para hervir agua y accionar turbinas. No produce $\text{CO}_2$ ni mucha energía de poco combustible, pero los riesgos incluyen residuos 核废料 radiactivos (de larga vida), el peligro de fusiones nucleares y el alto costo.
Ejemplo resuelto. Los residuos radiactivos decaen por su vida media – el tiempo para que la mitad de ellos decaiga. Suponga que un isótopo tiene una vida media de $30$ años y un reactor deja $100\ \text{g}$ de él. Después de $30$ años queda $50\ \text{g}$; después de $60$ años queda $25\ \text{g}$; después de $90$ años (tres vidas medias) queda $100\times\left(\tfrac12\right)^3=12.5\ \text{g}$. Debido a que la caída se reduce a la mitad, no linealmente, los residuos permanecen peligrosos durante muchas vidas medias – la razón fundamental por la que deben almacenarse de forma segura durante siglos.
La fisión nuclear de un núcleo de uranio-235 libera energíaUna central nuclear 核电站. Los edificios del reactor contienen el combustible; el mar suministra agua de enfriamiento. Note que no hay humo — la fisión no emite $\text{CO}_2$
energy return on energy investment (EROEI)/ˈenədʒi rɪˈtɜːn ɒn ˈenədʒi ɪnˈvestmənt/
能量投资回报率
néng liàng tóu zī huí bào lǜ
dam/dæm/
大坝
dà bà
6.7
Energía de Biomasa
Syllabus
Comprensión duradera (ENG-3): Los seres humanos utilizan energía procedente de diversas fuentes, lo que genera consecuencias positivas y negativas.
Objetivo de aprendizaje ENG-3.I: Describir los efectos del uso de la biomasa en la generación de energía sobre el medio ambiente.
ENG-3.I.1 La quema de biomasa produce calor para obtener energía a un costo relativamente bajo, pero también genera dióxido de carbono, monóxido de carbono, óxidos de nitrógeno, partículas y compuestos orgánicos volátiles. Además, la sobreexplotación de árboles como combustible provoca la deforestación.
ENG-3.I.2 El etanol puede utilizarse como sustituto de la gasolina. La combustión del etanol no introduce carbono adicional a la atmósfera, pero su rendimiento energético respecto a la inversión energética es bajo.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
Biomasa 生物质 (madera, cultivos, residuos, biocombustibles como etanol) es renovable y puede ser neutral en carbono si se replanta, pero quemarla causa contaminación del aire, y cultivar cultivos para combustible compite con alimentos y hábitat.
Etanol 乙醇, hecho de cultivos como maíz o caña de azúcar, puede sustituir a la gasolina y no añade carbono nuevo cuando se quema (la planta absorbió ese $\text{CO}_2$ mientras crecía). Su inconveniente es un bajo retorno energético sobre la inversión energética (EROEI) 能量投资回报率: cultivar, cosechar y destilar el cultivo usa casi tanta energía como el combustible finalmente entrega.
6.8
Energía Solar
Syllabus
Comprensión perdurable (ENG-3): Los seres humanos utilizan energía de diversas fuentes, lo que conlleva consecuencias positivas y negativas.
Objetivo de aprendizaje ENG-3.J: Describir el uso de la energía solar en la generación de electricidad.
ENG-3.J.1 Las celdas solares fotovoltaicas capturan la energía luminosa del sol y la transforman directamente en energía eléctrica. Su uso está limitado por la disponibilidad de luz solar.
ENG-3.J.2 Los sistemas activos de energía solar utilizan la energía solar para calentar un líquido mediante equipos mecánicos y eléctricos, a fin de recolectar y almacenar la energía capturada del sol.
ENG-3.J.3 Los sistemas pasivos de energía solar absorben el calor directamente del sol sin utilizar equipos mecánicos ni eléctricos, y la energía no puede ser recolectada ni almacenada.
Objetivo de aprendizaje ENG-3.K: Describir los efectos del uso de la energía solar en la generación de electricidad sobre el medio ambiente.
ENG-3.K.1 Los sistemas de energía solar tienen bajo impacto ambiental y producen energía limpia, pero pueden ser costosos. Las grandes granjas de energía solar pueden afectar negativamente a los ecosistemas desérticos.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
Solar 太阳能 convierte la luz solar en electricidad (paneles fotovoltaicos) o calor. Es renovable y limpia durante el uso, pero intermitente (sin sol por la noche), necesita espacio y tiene impactos en la fabricación.
Una granja solar. Filas de paneles fotovoltaicos 光伏 están inclinados hacia el sol; una gran salida requiere una gran área de tierra
Comprensión perdurable (ENG-3): Los seres humanos utilizan energía procedente de diversas fuentes, lo que conlleva consecuencias positivas y negativas.
Objetivo de aprendizaje ENG-3.L: Describir el uso de la electricidad hidroeléctrica en la generación de energía.
ENG-3.L.1 La energía hidroeléctrica puede generarse de varias maneras. Las presas construidas a través de ríos recogen agua en embalses. El agua en movimiento puede utilizarse para hacer girar una turbina. Las turbinas también pueden colocarse en ríos pequeños, donde el agua corriente hace girar la turbina.
ENG-3.L.2 La energía mareomotriz utiliza la energía producida por las mareas para accionar una turbina.
Objetivo de aprendizaje ENG-3.M: Describir los efectos del uso de la electricidad hidroeléctrica en la generación de energía sobre el medio ambiente.
ENG-3.M.1 La energía hidroeléctrica no genera contaminación atmosférica ni residuos, pero la construcción de las centrales eléctricas puede ser costosa, y puede haber una pérdida o alteración de hábitats tras la construcción de presas.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
La energía hidroeléctrica 水电 usa agua en movimiento (presas) para girar turbinas – renovable y de bajas emisiones, pero las inundaciones de hábitats, bloquean la migración de peces, atrapan sedimentos y desplazan personas.
Una presa hidroeléctrica 大坝. El embalse 水库 se retiene detrás de la pared; el agua cae a través de la presa para girar turbinas en la casa de máquinas en su base
6.10
Energía Geotérmica
Syllabus
Comprensión Duradera (ENG-3): Los seres humanos utilizan energía procedente de diversas fuentes, lo que conlleva consecuencias positivas y negativas.
Objetivo de Aprendizaje ENG-3.N: Describir el uso de la energía geotérmica en la generación de electricidad.
ENG-3.N.1 La energía geotérmica se obtiene aprovechando el calor almacenado en el interior de la Tierra para calentar agua, que es traída a la superficie en forma de vapor. Este vapor se utiliza para accionar un generador eléctrico.
Objetivo de Aprendizaje ENG-3.O: Describir los efectos del uso de la energía geotérmica en la generación de electricidad sobre el medio ambiente.
ENG-3.O.1 El costo de acceso a la energía geotérmica puede ser prohibitivamente alto, ya que no está fácilmente disponible en muchas partes del mundo. Además, su uso puede provocar la liberación de sulfuro de hidrógeno.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
La energía geotérmica 地热能 aprovecha el calor interno de la Tierra para electricidad y calefacción. Es renovable y confiable, pero solo es práctica donde la roca caliente está cerca de la superficie (regiones volcánicas) y puede liberar gases subterráneos.
Una central geotérmica en Islandia, una región volcánica. Vapor 蒸汽 de roca caliente debajo se conduce hacia arriba para accionar las turbinas
Comprensión Duradera (ENG-3): Los seres humanos utilizan energía de diversas fuentes, lo que genera consecuencias positivas y negativas.
Objetivo de Aprendizaje ENG-3.P: Describir el uso de las células de combustible de hidrógeno en la generación de energía eléctrica.
ENG-3.P.1 Las células de combustible de hidrógeno son una alternativa a los combustibles no renovables. Utilizan el hidrógeno como combustible, combinándolo con el oxígeno del aire para formar agua y liberar energía (electricidad) durante el proceso. El agua es el producto (emisión) de una célula de combustible.
Objetivo de Aprendizaje ENG-3.Q: Describir los efectos del uso de las células de combustible de hidrógeno en la generación de energía eléctrica sobre el medio ambiente.
ENG-3.Q.1 Las células de combustible de hidrógeno tienen un bajo impacto ambiental y no producen dióxido de carbono cuando el hidrógeno se produce a partir de agua. Sin embargo, la tecnología es costosa y aún se requiere energía para crear el gas de hidrógeno utilizado en la célula de combustible.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
Una celda de combustible de hidrógeno 氢燃料电池 combina hidrógeno y oxígeno para hacer electricidad, con agua como única emisión durante el uso. Pero producir hidrógeno generalmente requiere energía (a menudo de combustibles fósiles), y el almacenamiento es difícil.
Una pila de combustible de hidrógeno y oxígeno genera electricidad, con agua como único producto
6.12
Energía Eólica
Syllabus
Comprensión duradera (ENG-3): Los seres humanos utilizan energía de diversas fuentes, lo que conlleva consecuencias positivas y negativas.
Objetivo de aprendizaje ENG-3.R: Describir el uso de la energía eólica en la generación de electricidad.
ENG-3.R.1 Las turbinas eólicas utilizan la energía cinética del aire en movimiento para hacer girar una turbina, la cual acciona un generador, produciendo electricidad.
Objetivo de aprendizaje ENG-3.S: Describir los efectos del uso de la energía eólica en la generación de electricidad sobre el medio ambiente.
ENG-3.S.1 La energía eólica es una fuente de energía renovable y limpia. Sin embargo, las aves y los murciélagos pueden morir si chocan contra las aspas giratorias de la turbina.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
Las turbinas eólicas 风能 convierten el aire en movimiento en electricidad – renovable, limpia y de bajo costo operativo, pero intermitente, intensiva en tierra o mar, y un peligro para aves y murciélagos. Mejor donde los vientos son fuertes y constantes.
Turbinas eólicas 风力涡轮机 en tierras de cultivo. Ocupan poco terreno, por lo que la tierra entre ellas aún puede ser cultivada
Comprensión Duradera (ENG-3): Los seres humanos utilizan energía de diversas fuentes, lo que conlleva consecuencias positivas y negativas.
Objetivo de Aprendizaje ENG-3.T: Describir métodos para conservar la energía.
ENG-3.T.1 Algunos métodos para ahorrar energía en el hogar incluyen ajustar el termostato para reducir el uso de calefacción y aire acondicionado, ahorrar agua, utilizar electrodomésticos eficientes energéticamente y realizar paisajismo conservacionista.
ENG-3.T.2 Los métodos para ahorrar energía a gran escala incluyen mejorar la economía de combustible de los vehículos, utilizar BEVs (vehículos eléctricos de batería) y vehículos híbridos, usar el transporte público e implementar características de diseño de edificios ecológicos.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
La conservación de energía 节能 reduce la demanda mediante eficiencia (iluminación LED, aislamiento, electrodomésticos eficientes, transporte público) y comportamiento. Ahorrar energía es a menudo la opción más barata y limpia – la energía que no usas no necesita combustible y no hace contaminación.
Una ganancia de eficiencia relacionada es la cogeneración 热电联产 (calor y poder combinados): una sola combustión de combustible se usa para hacer tanto electricidad como calor útil, capturando el calor residual que una central eléctrica común simplemente descarta – así que mucha más energía del combustible termina realizando trabajo útil.
Ejemplo resuelto. Reemplazar una bombilla incandescente de $60\ \text{W}$ con un LED de $10\ \text{W}$ que da la misma luz ahorra $50\ \text{W}$. Funcionándolo $5$ horas al día ahorra $50\ \text{W}\times5\ \text{h}=250\ \text{Wh}=0.25\ \text{kWh}$ por día, o aproximadamente $0.25\times365\approx91\ \text{kWh}$ por año. Multiplica eso por cada bombilla en una ciudad y la conservación rivaliza con una nueva central eléctrica – a mucho menor costo.
Una granja solar: generar más energía renovable y cortar la demanda son ambas estrategias de conservación de energía
Separa renovable (sol, viento, agua) de no renovable (combustibles fósiles, nuclear) y pesa las compensaciones de cada fuente.
Los combustibles fósiles son densos en energía pero emiten CO₂; nuclear no emite CO₂ pero deja residuos de larga vida.
Haz matemáticas de vida media: después de $n$ vidas medias queda una fracción $(\tfrac12)^n$.
Nota que solar y viento son intermitentes y necesitan almacenamiento o respaldo.
La conservación (eficiencia) es a menudo la opción más barata y limpia — la energía no usada no necesita combustible.
Conoce los grados de carbón (turba → lignito → bituminoso → antracita; más calor/presión/entierro → mayor energía) y los combustibles no convencionales fracking (petróleo/gas de esquisto; contaminación de aguas subterráneas + VOC) y arenas bituminosas (bitumen, intensivo en energía).
Etanol no añade CO₂ neto pero tiene un bajo EROEI; cogeneración (calor y poder combinados) captura calor residual para que un combustible dé tanto electricidad como calor.
Comprensión Duradera (STB-2): Las actividades humanas tienen consecuencias físicas, químicas y biológicas para la atmósfera.
Objetivo de Aprendizaje STB-2.A: Identificar las fuentes y los efectos de los contaminantes del aire.
STB-2.A.1 La combustión del carbón libera contaminantes del aire que incluyen dióxido de carbono, dióxido de azufre, metales tóxicos y partículas.
STB-2.A.2 La combustión de combustibles fósiles libera óxidos de nitrógeno a la atmósfera. Estos conducen a la producción de ozono, la formación de smog fotoquímico y se convierten en ácido nítrico en la atmósfera, causando lluvia ácida. Otros contaminantes producidos por la combustión de combustibles fósiles incluyen monóxido de carbono, hidrocarburos y materia particulada.
STB-2.A.3 La calidad del aire puede verse afectada por la liberación de dióxido de azufre durante la combustión de combustibles fósiles, principalmente de los combustibles diésel.
STB-2.A.4 A través de la Ley de Aire Limpio, la Agencia de Protección Ambiental (EPA) reguló el uso del plomo, particularmente en los combustibles, lo que disminuyó drásticamente la cantidad de plomo en la atmósfera.
STB-2.A.5 Los contaminantes del aire pueden ser primarios o secundarios.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
La contaminación del aire 空气污染 son sustancias nocivas en la atmósfera. Los contaminantes primarios 一次污染物 se emiten directamente (monóxido de carbono, óxidos de nitrógeno, dióxido de azufre, partículas); los contaminantes secundarios 二次污染物 se forman en el aire a partir de reacciones (como el ozono en el smog). La mayoría provienen de la combustión de combustibles fósiles en vehículos, plantas de energía e industria.
7.2
Smog Fotoquímico
Syllabus
Comprensión duradera (STB-2): Las actividades humanas tienen consecuencias físicas, químicas y biológicas para la atmósfera.
Objetivo de aprendizaje STB-2.B: Explicar las causas y efectos del smog fotoquímico y los métodos para reducirlo.
STB-2.B.1 El smog fotoquímico se forma cuando los óxidos de nitrógeno y los hidrocarburos orgánicos volátiles reaccionan con el calor y la luz solar para producir una variedad de contaminantes.
STB-2.B.2 Muchos factores ambientales afectan la formación del smog fotoquímico.
STB-2.B.3 Los óxidos de nitrógeno se producen temprano en el día. Las concentraciones de ozono alcanzan su punto máximo por la tarde y son más altas en verano porque el ozono se produce mediante reacciones químicas entre el oxígeno y la luz solar.
STB-2.B.4 Los Compuestos Orgánicos Volátiles (COV), como el formaldehído y la gasolina, se evaporan o subliman a temperatura ambiente. Los árboles son una fuente natural de COV.
STB-2.B.5 El smog fotoquímico a menudo se forma en áreas urbanas debido al gran número de vehículos automotores que allí hay.
STB-2.B.6 El smog fotoquímico puede reducirse mediante la disminución de los óxidos de nitrógeno y los COV.
STB-2.B.7 El smog fotoquímico puede dañar la salud humana de varias maneras, incluyendo causar problemas respiratorios e irritación ocular.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
El smog fotoquímico 光化学烟雾 se forma cuando la luz solar impulsa reacciones entre óxidos de nitrógeno y compuestos orgánicos volátiles procedentes de los gases de escape de los coches, produciendo ozono a nivel del suelo 臭氧. Es peor en ciudades soleadas con mucho tráfico y daña los pulmones. (El ozono a nivel del suelo es un contaminante, a diferencia de la capa protectora de ozono que se encuentra más arriba).
Smog fotoquímico sobre Los Ángeles: en un día soleado, los gases de escape de los coches reaccionan con la luz para formar una bruma marrón que oculta el horizonte urbano
7.3
Inversión Térmica
Syllabus
Comprensión Duradera (STB-2): Las actividades humanas tienen consecuencias físicas, químicas y biológicas para la atmósfera.
Objetivo de Aprendizaje STB-2.C: Describir la inversión térmica y su relación con la contaminación.
STB-2.C.1 Durante una inversión térmica, el gradiente de temperatura normal en la atmósfera se altera cuando la temperatura del aire en la superficie terrestre es más fría que la del aire a mayor altitud.
STB-2.C.2 La inversión térmica atrapa la contaminación cerca del suelo, especialmente el smog y las partículas.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
Inversión térmica
Una inversión térmica 逆温 atrapa la contaminación cerca del suelo. Normalmente, el aire cálido asciende y aleja los contaminantes, pero en una inversión, una capa de aire cálido se sitúa sobre el aire más frío, actuando como una tapa. Los contaminantes se acumulan debajo, causando episodios peligrosos de smog, especialmente en valles.
Normalmente el aire cálido asciende y dispersa la contaminación; una inversión la encierra cerca del suelo
Comprensión duradera (STB-2): Las actividades humanas tienen consecuencias físicas, químicas y biológicas para la atmósfera.
Objetivo de aprendizaje STB-2.D: Describir las fuentes naturales de $CO_2$ y de partículas.
STB-2.D.1 El $CO_2$ aparece naturalmente en la atmósfera a partir de fuentes como la respiración, la descomposición y las erupciones volcánicas.
STB-2.D.2 Existen una variedad de fuentes naturales de materia particulada.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
El aumento del atmosférico $\text{CO}_2$ procedente de los combustibles fósiles intensifica el efecto invernadero y calienta el clima. La materia particulada 颗粒物 (partículas sólidas/líquidas diminutas, PM2.5 y PM10) penetra profundamente en los pulmones, provocando enfermedades respiratorias y cardíacas, y reduce la visibilidad.
7.5
Contaminantes del Aire Interior
Syllabus
Comprensión perdurable (STB-2): Las actividades humanas tienen consecuencias físicas, químicas y biológicas para la atmósfera.
Objetivo de aprendizaje STB-2.E: Identificar los contaminantes del aire interior.
STB-2.E.1 El monóxido de carbono es un contaminante del aire interior que se clasifica como asfixiante.
STB-2.E.2 Los contaminantes del aire interior clasificados como partículas incluyen el amianto, el polvo y el humo.
STB-2.E.3 Los contaminantes del aire interior pueden provenir de fuentes naturales, fuentes artificiales y procesos de combustión.
STB-2.E.4 Los contaminantes del aire interior de origen natural comunes incluyen el radón, el moho y el polvo.
STB-2.E.5 Los contaminantes del aire interior de origen artificial comunes incluyen aislamientos, compuestos orgánicos volátiles (COV) procedentes de muebles, revestimientos y alfombras; formaldehído procedente de materiales de construcción, muebles, tapicería y alfombras; y plomo procedente de pinturas.
STB-2.E.6 Los contaminantes del aire procedentes de la combustión comunes incluyen el monóxido de carbono, los óxidos de nitrógeno, el dióxido de azufre, las partículas y el humo del tabaco.
STB-2.E.7 El Radón-222 es un gas radiactivo de origen natural que se produce por la desintegración del uranio presente en algunas rocas y suelos.
Objetivo de aprendizaje STB-2.F: Describir los efectos de los contaminantes del aire interior.
STB-2.F.1 El gas radón puede infiltrarse en las viviendas al ascender a través del suelo e ingresar mediante sótanos o grietas en las paredes o cimientos. También está disuelto en aguas subterráneas que entran en las viviendas a través de pozos.
STB-2.F.2 La exposición al gas radón puede provocar cáncer de pulmón inducido por radón, que es la segunda causa principal de cáncer de pulmón en Estados Unidos.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
El aire interior puede estar más contaminado que el exterior. Los contaminantes interiores comunes incluyen el radio 氡 (gas radiactivo procedente del suelo, riesgo de cáncer de pulmón), monóxido de carbono, amianto 石棉, humo de tabaco, moho y COV procedentes de pinturas y muebles. La ventilación y el control de fuentes reducen la exposición.
Una estufa de leña doméstica: el humo de la biomasa es un importante contaminante del aire interior en muchos hogares de todo el mundo
7.6
Reducción de Contaminantes del Aire
Syllabus
Comprensión perdurable (STB-2): Las actividades humanas tienen consecuencias físicas, químicas y biológicas para la atmósfera.
Objetivo de aprendizaje STB-2.G: Explicar cómo se pueden reducir los contaminantes del aire en su fuente.
STB-2.G.1 Los métodos para reducir los contaminantes del aire incluyen prácticas regulatorias, prácticas de conservación y combustibles alternativos.
STB-2.G.2 Una boquilla de recuperación de vapores es un dispositivo de control de contaminación atmosférica en una bomba de gasolina que impide que los vapores escapen a la atmósfera durante el repostaje de un vehículo motorizado.
STB-2.G.3 Un convertidor catalítico es un dispositivo de control de contaminación atmosférica para motores de combustión interna que convierte los contaminantes (CO, $NO_x$ e hidrocarburos) presentes en los gases de escape en moléculas menos nocivas ($CO_2$, $N_2$, $O_2$ y $H_2O$).
STB-2.G.4 Los lavadores húmedos y secos son dispositivos de control de contaminación atmosférica que eliminan partículas y/o gases de las corrientes de escape industriales.
STB-2.G.5 Los métodos para reducir la contaminación del aire originada por centrales eléctricas que queman carbón incluyen lavadores y precipitadores electrostáticos.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
La contaminación del aire se reduce mediante tecnología y política: catalizadores 催化转化器 en los automóviles, scrubbers 洗涤器和precipitadores electrostáticos 静电除尘器 en chimeneas, combustibles más limpios y leyes como la Ley de Aire Limpio que establece límites de emisión. Reducir el uso de combustibles fósiles aborda la causa raíz.
Un convertidor catalítico transforma los nocivos NO y CO en N2 y CO2 inofensivos
Comprensión Duradera (STB-2): Las actividades humanas tienen consecuencias físicas, químicas y biológicas para la atmósfera.
Objetivo de Aprendizaje STB-2.H: Describir la precipitación ácida.
STB-2.H.1 La lluvia ácida y la deposición son causadas por óxidos de nitrógeno y óxidos de azufre procedentes de fuentes antropogénicas y naturales en la atmósfera.
STB-2.H.2 Los óxidos de nitrógeno que causan la precipitación ácida provienen de vehículos automotores y plantas generadoras de energía a base de carbón. El dióxido de azufre que causa la precipitación ácida proviene de plantas generadoras de energía a base de carbón.
Objetivo de Aprendizaje STB-2.I: Describir los efectos de la precipitación ácida sobre el medio ambiente.
STB-2.I.1 La precipitación áfica afecta principalmente a las comunidades situadas bajo el viento respecto a las plantas generadoras de energía a base de carbón.
STB-2.I.2 La lluvia ácida y la deposición pueden provocar la acidificación de los suelos y los cuerpos de agua, así como la corrosión de estructuras hechas por el hombre.
STB-2.I.3 Las diferencias regionales en los suelos y la roca madre afectan el impacto que la precipitación ácida tiene en la región, como la capacidad de la roca caliza para neutralizar el efecto de la lluvia ácida sobre lagos y estanques.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
La lluvia ácida 酸雨 se forma cuando el dióxido de azufre y los óxidos de nitrógeno reaccionan con el agua en el aire para formar ácido sulfúrico y nítrico, que caen muy lejos viento abajo. Acidifica lagos y suelos (perjudicando peces y árboles), lixia nutrientes y corroe edificios. Reducir las emisiones de $\text{SO}_2$ y $\text{NO}_x$ es la solución.
Los óxidos de nitrógeno y azufre forman ácido nítrico y sulfúrico en la lluviaDeforestación: la deposición ácida procedente de SO2 y NOx puede dañar árboles muy lejos viento abajo de la fuente
Explorar
¿Qué tan ácida es la lluvia ácida?
La lluvia ácida se forma cuando los óxidos de azufre y nitrógeno se disuelven en la lluvia, reduciendo su pH muy por debajo del valor normal de ~5.6. Cada unidad de pH hacia abajo representa una acidez diez veces mayor.
Comprensión Duradera (STB-2): Las actividades humanas tienen consecuencias físicas, químicas y biológicas para la atmósfera.
Objetivo de Aprendizaje STB-2.J: Describir las actividades humanas que dan lugar a la contaminación por ruido y sus efectos.
STB-2.J.1 La contaminación por ruido es el sonido a niveles lo suficientemente altos como para causar estrés fisiológico y pérdida auditiva.
STB-2.J.2 Las fuentes de contaminación por ruido en áreas urbanas incluyen el transporte, la construcción y las actividades domésticas e industriales.
STB-2.J.3 Algunos efectos de la contaminación por ruido en los animales de los sistemas ecológicos incluyen el estrés, el enmascaramiento de sonidos utilizados para comunicarse o cazar, daños auditivos y cambios en las rutas migratorias.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
La contaminación por ruido 噪声污染 es sonido no deseado o nocivo en el entorno. Las principales fuentes son el tráfico rodado, aeronaves, trenes, industria y construcción. En personas, la exposición prolongada o fuerte provoca pérdida auditiva 听力损失, estrés 压力, privación de sueño y presión arterial alta. También afecta a la fauna silvestre 野生动物: enmascara los sonidos que usan los animales para comunicarse, orientarse y encontrar pareja, y el ruido submarino procedente de barcos es especialmente nocivo para ballenas y delfines. Se reduce mediante barreras acústicas, motores y silenciadores más silenciosos, y planificación urbana como zonas de amortiguación alrededor de aeropuertos.
Ejemplo resuelto. La lluvia normal tiene un pH de aproximadamente 5.6; una muestra de lluvia ácida mide pH 3.6. Debido a que el pH es una escala logarítmica de base-10, cada unidad es un cambio de $10\times$ en la concentración de iones de hidrógeno, por lo que pH 3.6 es $10^{(5.6-3.6)}=10^{2}=100$ veces más ácido que la lluvia normal. Ese salto cienfold es por qué la lluvia ácida daña hojas, suelos y piedra caliza tan rápidamente.
7.8
Consejos para el examen
Diferencie entre contaminantes primarios (emitidos directamente: CO, NOₓ, SO₂, partículas) y secundarios (se forman en el aire: ozono a nivel del suelo).
El ozono a nivel del suelo es un contaminante, pero la capa de ozono que se encuentra más arriba es protectora; no los confunda.
Explique cómo una inversión térmica atrapa la contaminación cerca del suelo.
La lluvia ácida (procedente de SO₂ y NOₓ) suele caer muy lejos viento abajo, convirtiéndola en un problema internacional.
Vincule los métodos de control con los contaminantes (catalizadores, scrubbers, combustibles más limpios, leyes de emisiones).
Comprensión perdurable (STB-3): Las actividades humanas, incluida la utilización de recursos, tienen consecuencias físicas, químicas y biológicas para los ecosistemas.
Objetivo de aprendizaje STB-3.A: Identificar las diferencias entre fuentes puntuales y no puntuales de contaminación.
STB-3.A.1 Una fuente puntual se refiere a una única fuente identificable de un contaminante, como una chimenea o una tubería de descarga de residuos.
STB-3.A.2 Las fuentes no puntuales de contaminación son difusas y, por lo tanto, pueden ser difíciles de identificar, como la pulverización de pesticidas o el escurrimiento superficial urbano.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
Las fuentes de contaminación son puntuales o no puntuales. Una fuente puntual (点源) proviene de un lugar único e identificable (una chimenea de fábrica, un vertedero de aguas residuales): fácil de localizar y regular. Una fuente no puntual (非点源) se extiende por una amplia área (escorrentía agrícola, escorrentía urbana en calles, gases de escape de vehículos): mucho más difícil de controlar porque proviene de múltiples lugares dispersos.
8.2
Impactos Humanos sobre los Ecosistemas
Syllabus
Comprensión Duradera (STB-3): Las actividades humanas, incluido el uso de recursos, tienen consecuencias físicas, químicas y biológicas para los ecosistemas.
Objetivo de Aprendizaje STB-3.B: Describir los impactos de las actividades humanas en los ecosistemas acuáticos.
STB-3.B.1 Los organismos tienen un rango de tolerancia ante diversos contaminantes. Para cada factor, los organismos poseen un rango óptimo en el que pueden mantener la homeostasis. Fuera de este rango, los organismos pueden experimentar estrés fisiológico, crecimiento limitado, reproducción reducida y, en casos extremos, la muerte.
STB-3.B.2 Los arrecifes de coral han estado sufriendo daños debido a una variedad de factores, incluyendo el aumento de la temperatura del océano, el escurrimiento de sedimentos y prácticas de pesca destructivas.
STB-3.B.3 Los derrames de petróleo en aguas marinas causan la muerte de organismos debido a los hidrocarburos presentes en el petróleo. El petróleo que flota en la superficie del agua puede recubrir las plumas de las aves y el pelaje de los mamíferos marinos. Algunos componentes del petróleo se hunden hasta el fondo del océano, matando a algunos organismos bentónicos.
STB-3.B.4 El petróleo que llega a la playa puede tener consecuencias económicas para las industrias pesqueras y turísticas.
STB-3.B.5 Las zonas muertas oceánicas son áreas de bajo oxígeno en los océanos del mundo causadas por el aumento de la contaminación por nutrientes.
STB-3.B.6 Una curva de descenso de oxígeno es una gráfica de los niveles de oxígeno disuelto en función de la distancia desde una fuente de contaminación, generalmente exceso de nutrientes y residuos biológicos.
STB-3.B.7 Los metales pesados utilizados en la industria, especialmente en la minería y la quema de combustibles fósiles, pueden alcanzar las aguas subterráneas, afectando el suministro de agua potable.
STB-3.B.8 La basura que llega a los ecosistemas acuáticos, además de ser antiestética, puede causar obstrucciones intestinales y riesgos de asfixia para la fauna silvestre, e introducir sustancias tóxicas en la cadena alimentaria.
STB-3.B.9 El aumento de sedimentos en los cauces de agua puede reducir la infiltración de luz, lo cual puede afectar a los productores primarios y a los depredadores visuales. El sedimento también puede depositarse, alterando los hábitats.
STB-3.B.10 Cuando fuentes elementales de mercurio ingresan a ambientes acuáticos, las bacterias presentes en el agua lo convierten en metilmercurio altamente tóxico.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
Las actividades humanas —contaminación, destrucción del hábitat, sobreexplotación, introducción de especies— degradan los ecosistemas y reducen la biodiversidad. Dado que las especies están interconectadas, dañar una parte puede generar efectos en cascada a través de todo el sistema.
8.3
Disruptores Endocrinos
Syllabus
Comprensión Duradera (STB-3): Las actividades humanas, incluido el uso de recursos, tienen consecuencias físicas, químicas y biológicas para los ecosistemas.
Objetivo de Aprendizaje STB-3.C: Describir los disruptores endocrinos.
STB-3.C.1 Los disruptores endocrinos son químicos que pueden interferir con el sistema endocrino de los animales.
Objetivo de Aprendizaje STB-3.D: Describir los efectos de los disruptores endocrinos en los ecosistemas.
STB-3.D.1 Los disruptores endocrinos pueden provocar defectos de nacimiento, trastornos del desarrollo e desequilibrios de género en peces y otras especies.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
Los disruptores endocrinos (内分泌干扰物) son químicos (algunos pesticidas, plastificantes como el BPA) que imitan u bloquean hormonas, alterando el crecimiento, la reproducción y el desarrollo en fauna silvestre y humanos incluso a dosis muy bajas.
8.4
Impactos Humanos sobre Humedales y Manglares
Syllabus
Comprensión duradera (STB-3): Las actividades humanas, incluido el uso de recursos, tienen consecuencias físicas, químicas y biológicas para los ecosistemas.
Objetivo de aprendizaje STB-3.E: Describir los impactos de la actividad humana sobre los humedales y los manglares.
STB-3.E.1 Los humedales son áreas donde el agua cubre el suelo, ya sea parcial o totalmente, durante parte o todo el tiempo.
STB-3.E.2 Los humedales proporcionan una variedad de servicios ecológicos, incluyendo la purificación del agua, la protección contra inundaciones, la filtración del agua y el hábitat.
STB-3.E.3 Las amenazas a los humedales y los manglares incluyen el desarrollo comercial, la construcción de presas, la sobrepesca y los contaminantes provenientes de la agricultura y los residuos industriales.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
Los humedales (湿地) y los manglares (红树林) filtran contaminantes, almacenan agua de inundaciones y protegen a los peces jóvenes, pero son drenados y eliminados para crear granjas, estanques camaroneros y desarrollos urbanos. Su pérdida elimina servicios ecosistémicos valiosos y protección costera.
Raíces de mangle: este enredo atrapa sedimentos, calma las olas y alberga a los peces jóvenes, todos servicios que se pierden cuando se talan los manglares
Comprensión duradera (STB-3): Las actividades humanas, incluido el uso de recursos, tienen consecuencias físicas, químicas y biológicas para los ecosistemas.
Objetivo de aprendizaje STB-3.F: Explicar los efectos ambientales del uso excesivo de fertilizantes y detergentes en los ecosistemas acuáticos.
STB-3.F.1 La eutrofización ocurre cuando un cuerpo de agua se enriquece en nutrientes.
STB-3.F.2 El aumento de nutrientes en los ambientes acuáticos eutróficos provoca una floración algual. Cuando la floración algual muere, los microbios digieren las algas, así como el oxígeno presente en el agua, lo que conduce a una disminución en los niveles de oxígeno disuelto. La escasez de oxígeno disuelto puede resultar en mortandades masivas de peces y otros organismos acuáticos.
STB-3.F.3 Los cursos de agua hipóxicos son aquellos cuerpos de agua con bajos niveles de oxígeno disuelto.
STB-3.F.4 En comparación con los cursos de agua eutróficos, los cursos de agua oligotróficos tienen cantidades muy bajas de nutrientes, poblaciones estables de algas y altos niveles de oxígeno disuelto.
STB-3.F.5 Las causas antropogénicas de la eutrofización incluyen el escurrimiento agrícola y la descarga de aguas residuales.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
Eutrofización
La eutrofización (富营养化) ocurre cuando el exceso de nutrientes (nitrógeno, fósforo de fertilizantes y aguas residuales) desencadena florescencias algales (藻华). Cuando las algas mueren, los descomponedores consumen el oxígeno, creando zonas hipóxicas (缺氧) o "zonas muertas" que asfixian a los peces.
Un estanque ahogado por una floración algal: el exceso de nutrientes permite que las algas cubran toda la superficie. Al morir y pudrirse, el agua pierde su oxígenoEl exceso de fertilizante provoca una floración algal y luego el agua pierde su oxígeno
Comprensión Duradera (STB-3): Las actividades humanas, incluido el uso de recursos, tienen consecuencias físicas, químicas y biológicas para los ecosistemas.
Objetivo de Aprendizaje STB-3.G: Describir los efectos de la contaminación térmica en los ecosistemas acuáticos.
STB-3.G.1 La contaminación térmica ocurre cuando el calor liberado al agua produce efectos negativos sobre los organismos de ese ecosistema.
STB-3.G.2 Las variaciones en la temperatura del agua afectan la concentración de oxígeno disuelto porque el agua caliente no contiene tanto oxígeno como el agua fría.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
La contaminación térmica (热污染) es el calor añadido al agua, generalmente procedente del enfriamiento de plantas de energía. El agua tibia retiene menos oxígeno disuelto y genera estrés en la vida acuática adaptada a temperaturas más frías.
8.7
Contaminantes Orgánicos Persistentes (COPs)
Syllabus
Comprensión Duradera (STB-3): Las actividades humanas, incluido el uso de recursos, tienen consecuencias físicas, químicas y biológicas para los ecosistemas.
Objetivo de Aprendizaje STB-3.H: Describir el efecto de los contaminantes orgánicos persistentes (COP) en los ecosistemas.
STB-3.H.1 Los contaminantes orgánicos persistentes (COP) no se descomponen fácilmente en el medio ambiente porque son moléculas sintéticas a base de carbono (como el DDT y los PCB).
STB-3.H.2 Los contaminantes orgánicos persistentes (COP) pueden ser tóxicos para los organismos porque son solubles en grasa, lo que les permite acumularse en los tejidos adiposos de los organismos.
STB-3.H.3 Los contaminantes orgánicos persistentes (COP) pueden viajar largas distancias a través del viento y el agua antes de ser redepositados.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
Los contaminantes orgánicos persistentes (持久性有机污染物) (COPs, como el DDT y los PCBs) resisten la degradación, por lo que permanecen durante décadas, viajan largas distancias y son solubles en grasa, acumulándose en los organismos. Esto favorece la bioacumulación y la biomagnificación.
8.8
Bioacumulación y Biomagnificación
Syllabus
Comprensión duradera (STB-3): Las actividades humanas, incluida el uso de recursos, tienen consecuencias físicas, químicas y biológicas para los ecosistemas.
Objetivo de aprendizaje STB-3.I: Describir la bioacumulación y la biomagnificación.
STB-3.I.1 La bioacumulación es la absorción selectiva y concentración de elementos o compuestos por las células de un organismo vivo, con mayor frecuencia en compuestos liposolubles.
STB-3.I.2 La biomagnificación es el aumento en la concentración de sustancias por unidad de tejido corporal que ocurre en niveles tróficos sucesivamente superiores de una cadena alimentaria o en una red trófica.
Objetivo de aprendizaje STB-3.J: Describir los efectos de la bioacumulación y la biomagnificación.
STB-3.J.1 Algunos efectos que pueden ocurrir en un ecosistema cuando una sustancia persistente se biomagnifica en una cadena alimentaria incluyen el adelgazamiento de las cáscaras de los huevos y deformidades del desarrollo en los carnívoros apicales de los niveles tróficos superiores.
STB-3.J.2 Los humanos también experimentan efectos nocivos derivados de la biomagnificación, incluyendo problemas en los sistemas reproductivo, nervioso y circulatorio.
STB-3.J.3 El DDT, el mercurio y los bifenilos policlorados son sustancias que bioacumulan y tienen impactos ambientales significativos.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
Bioacumulación y biomagnificación
La bioacumulación (生物累积) es la acumulación de una toxina dentro de un solo organismo a lo largo de su vida. La biomagnificación (生物放大) es el aumento de concentración a lo largo de la cadena trófica: los depredadores superiores terminan con los niveles más altos, razón por la cual los grandes peces depredadores contienen mayor cantidad de mercurio.
Ejemplo resuelto. Supongamos que el agua de un lago contiene DDT a solo $0.01\ \text{ppm}$. El plancton lo concentra a $0.5\ \text{ppm}$, los peces pequeños a $2\ \text{ppm}$, los peces grandes a $10\ \text{ppm}$ y un águila piscívora a $25\ \text{ppm}$. Desde el agua hasta el águila, la concentración se multiplica aproximadamente $\dfrac{25}{0.01}=2500$ veces; esto explica por qué un depredador superior puede envenenarse aunque el agua parezca estar solo levemente contaminada.
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Los tóxicos se concentran a lo largo de la cadena alimentaria
La bioacumulación acumula un tóxico en un organismo; la biomagnificación lo concentra en cada paso ascendente de la cadena alimentaria, de modo que los depredadores superiores llevan las dosis más altas.
Comprensión Duradera (STB-3): Las actividades humanas, incluido el uso de recursos, tienen consecuencias físicas, químicas y biológicas para los ecosistemas.
Objetivo de Aprendizaje STB-3.K: Describir métodos de eliminación de residuos sólidos.
STB-3.K.1 Los residuos sólidos son cualquier material desechado que no sea líquido ni gas. Se generan en los sectores domésticos, industriales, comerciales y agrícolas.
STB-3.K.2 La eliminación de residuos sólidos se realiza con mayor frecuencia en vertederos. Estos pueden contaminar las aguas subterráneas y liberar gases nocivos.
STB-3.K.3 Los residuos electrónicos, o e-waste, están compuestos por dispositivos electrónicos desechados, incluyendo televisores, teléfonos celulares y computadoras.
STB-3.K.4 Un vertedero municipal sanitario consiste en un revestimiento inferior (plástico o arcilla), un sistema de recolección de aguas pluviales, un sistema de recolección de lixiviados, una capa superior (cap) y un sistema de recolección de metano.
Objetivo de Aprendizaje STB-3.L: Describir los efectos de los métodos de eliminación de residuos sólidos.
STB-3.L.1 Los factores en la descomposición del vertedero incluyen la composición de la basura y las condiciones necesarias para la descomposición microbiana de los residuos.
STB-3.L.2 Los residuos sólidos también pueden eliminarse mediante incineración, donde los residuos se queman a altas temperaturas. Este método reduce significativamente el volumen de residuos sólidos, pero libera contaminantes atmosféricos.
STB-3.L.3 Algunos artículos no son aceptados en vertederos sanitarios y pueden ser eliminados ilegalmente, lo que provoca problemas ambientales. Un ejemplo son los neumáticos usados; cuando se acumulan en montones, pueden convertirse en criaderos de mosquitos que pueden transmitir enfermedades.
STB-3.L.4 Algunos países eliminan sus residuos vertiéndolos al océano. Esta práctica, junto con otras fuentes de plástico, ha dado lugar a grandes islas flotantes de basura en los océanos. Además, la fauna puede quedar atrapada en los residuos o ingerirlos.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
Los residuos sólidos son cualquier material desechado que no sea líquido ni gas, generado por hogares, industria, comercio y agricultura. Se entierran en vertederos sanitarios (卫生填埋场) (forrados para limitar el lixiviado) o se queman en incineradoras (焚烧炉) (reducen el volumen pero emiten contaminantes). Los vertederos ocupan espacio y pueden filtrar; ambos tienen costos ambientales, por lo que reducir los residuos es preferible.
Dos categorías que el examen menciona específicamente: basura electrónica (电子垃圾) (electrodomésticos desechados -teléfonos, computadoras, televisores- que contienen metales tóxicos), y el vertido al océano, donde el plástico y otros residuos se agrupan en vastas manchas de basura flotantes (垃圾带) en alta mar.
Vertedero: aquí se entierran los residuos sólidos en celdas forradas. Ocupa terreno y puede filtrar, razón por la cual la reducción de residuos es la prioridad
8.10
Métodos de Reducción de Residuos
Syllabus
Comprensión Duradera (STB-3): Las actividades humanas, incluido el uso de recursos, tienen consecuencias físicas, químicas y biológicas para los ecosistemas.
Objetivo de Aprendizaje STB-3.M: Describir cambios en las prácticas actuales que podrían reducir la cantidad de residuos generados y sus beneficios y desventajas asociados.
STB-3.M.1 El reciclaje es un proceso mediante el cual ciertos materiales de residuos sólidos se procesan y convierten en nuevos productos.
STB-3.M.2 El reciclaje es una forma de reducir la demanda global actual de minerales, pero este proceso es intensivo en energía y puede ser costoso.
STB-3.M.3 El compostaje es el proceso de descomposición de materia orgánica, como restos de alimentos, papel y desechos del jardín. El producto de esta descomposición puede utilizarse como fertilizante. Las desventajas del compostaje incluyen el mal olor y la presencia de roedores.
STB-3.M.4 Los residuos electrónicos pueden reducirse mediante el reciclaje y la reutilización. Los residuos electrónicos pueden contener químicos peligrosos, incluidos metales pesados como el plomo y el mercurio, que pueden filtrarse desde los vertederos hacia las aguas subterráneas si no se desechan adecuadamente.
STB-3.M.5 Las estrategias de mitigación de vertederos varían desde la quema de residuos para obtener energía hasta la restauración de hábitats en antiguos vertederos para su uso como parques.
STB-3.M.6 La combustión de gases producidos por la descomposición de material orgánico en los vertederos puede utilizarse para accionar turbinas y generar electricidad. Este proceso reduce el volumen del vertedero.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
La jerarquía de residuos es reducir, reutilizar, reciclar (减量、再利用、回收), además de compostaje (堆肥) para residuos orgánicos. Reducir el consumo es lo mejor (no hay residuos que gestionar); el reciclaje y el compostaje recuperan materiales y reducen el uso de vertederos.
8.11
Tratamiento de Aguas Residuales
Syllabus
Comprensión Duradera (STB-3): Las actividades humanas, incluido el uso de recursos, tienen consecuencias físicas, químicas y biológicas para los ecosistemas.
Objetivo de Aprendizaje STB-3.N: Describir las mejores prácticas en el tratamiento de aguas residuales.
STB-3.N.1 El tratamiento primario de las aguas residuales consiste en la remoción física de objetos grandes, generalmente mediante el uso de rejillas y tamices, seguido de la sedimentación de sólidos en el fondo de un tanque.
STB-3.N.2 El tratamiento secundario es un proceso biológico en el que las bacterias descomponen la materia orgánica en dióxido de carbono y lodo inorgánico, que se asienta en el fondo de un tanque. El tanque se airea para aumentar la velocidad con la que las bacterias descomponen la materia orgánica.
STB-3.N.3 El tratamiento terciario utiliza procesos ecológicos o químicos para eliminar cualquier contaminante restante en el agua después del tratamiento primario y secundario.
STB-3.N.4 Antes de su descarga, el agua tratada se expone a uno o más desinfectantes (generalmente cloro, ozono o luz ultravioleta) para eliminar las bacterias.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
El tratamiento de aguas residuales (污水处理) limpia las aguas residuales en etapas: primaria (asentamiento de sólidos), secundaria (bacterias descomponen materia orgánica) y, a veces, terciaria (eliminación de nutrientes y desinfección). Esto protege los cursos de agua de patógenos y contaminación por nutrientes.
Tratamiento del agua para hacerla segura: sedimentación, filtración y desinfección
8.12
Dosis Letal 50% (DL50)
Syllabus
Comprensión Duradera (EIN-3): Los contaminantes pueden tener impactos tanto directos como indirectos en la salud de los organismos, incluidos los seres humanos.
Objetivo de Aprendizaje EIN-3.A: Definir la dosis letal 50% ($LD_{50}$).
EIN-3.A.1 La dosis letal 50% ($LD_{50}$) es la dosis de un químico que es letal para el 50% de la población de una especie determinada.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
Curva dosis-respuesta y DL50
La DL50 (半数致死量) es la dosis de una sustancia que mata al 50% de una población de prueba. Una DL50 más baja indica una sustancia más tóxica (se necesita menos para ser letal). Es un estándar para comparar toxicidad.
Ejemplo resuelto. El químico A tiene una DL50 de $5\ \text{mg}$ por kg de peso corporal; el químico B, $500\ \text{mg/kg}$. Como el valor de A es $100$ veces menor, A es aproximadamente $100\times$más tóxico. Para un adulto de $70\ \text{kg}$, la dosis letal esperada para la mitad de las personas sería $5\ \text{mg/kg}\times70\ \text{kg}=350\ \text{mg}$ —una cantidad mínima—, mientras que B requeriría $500\times70=35{,}000\ \text{mg}$ ($35\ \text{g}$).
8.13
Curva Dosis-Respuesta
Syllabus
Comprensión Duradera (EIN-3): Los contaminantes pueden tener impactos directos e indirectos en la salud de los organismos, incluidos los seres humanos.
Objetivo de Aprendizaje EIN-3.B: Evaluar las curvas de respuesta a la dosis.
EIN-3.B.1 Una curva de respuesta a la dosis describe el efecto sobre un organismo o la tasa de mortalidad en una población en función de la dosis de una toxina o fármaco específico.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
Una curva dosis-respuesta (剂量反应曲线) grafica el efecto en función de la dosis. Generalmente, una dosis mayor produce un efecto mayor. Algunos químicos tienen un umbral (阈值) (sin efecto por debajo de él); para otros, cualquier exposición conlleva riesgo. Estas curvas guían los límites de seguridad.
8.14
Contaminación y Salud Humana
Syllabus
Comprensión duradera (EIN-3): Los contaminantes pueden tener impactos directos e indirectos en la salud de los organismos, incluidos los seres humanos.
Objetivo de aprendizaje EIN-3.C: Identificar fuentes de problemas de salud humana vinculados a la contaminación.
EIN-3.C.1 Puede ser difícil establecer una relación de causa y efecto entre los contaminantes y los problemas de salud humana, ya que las personas están expuestas a una variedad de químicos y contaminantes.
EIN-3.C.2 La disentería es causada por aguas residuales sin tratar en arroyos y ríos.
EIN-3.C.3 El mesotelioma es un tipo de cáncer causado principalmente por la exposición al amianto.
EIN-3.C.4 Los problemas respiratorios y la función pulmonar general pueden verse afectados por niveles elevados de ozono troposférico.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
La contaminación daña la salud directamente (enfermedades respiratorias por contaminación del aire, intoxicación por agua contaminada) e indirectamente. La dosis, la duración y la sensibilidad individual afectan el resultado. Las poblaciones pobres suelen estar más expuestas y tener menos protección.
8.15
Patógenos y Enfermedades Infecciosas
Syllabus
Comprensión Duradera (EIN-3): Los contaminantes pueden tener impactos directos e indirectos sobre la salud de los organismos, incluidos los seres humanos.
Objetivo de Aprendizaje EIN-3.D: Explicar los patógenos humanos y su ciclo a través del medio ambiente.
EIN-3.D.1 Los patógenos se adaptan para aprovechar nuevas oportunidades de infección y propagación en las poblaciones humanas.
EIN-3.D.2 Patógenos específicos pueden aparecer en muchos entornos independientemente de la apariencia de las condiciones sanitarias.
EIN-3.D.3 A medida que las zonas climáticas de tipo ecuatorial se expanden hacia el norte y el sur dentro de lo que actualmente son zonas climáticas subtropicales y templadas, los patógenos, las enfermedades infecciosas y cualquier vector asociado se están extendiendo hacia estas áreas donde la enfermedad no se conocía anteriormente.
EIN-3.D.4 Las zonas de bajos ingresos y con pobreza a menudo carecen de eliminación sanitaria de desechos y tienen suministros de agua potable contaminados, lo que da lugar a focos y oportunidades para la propagación de enfermedades infecciosas.
EIN-3.D.5 La peste es una enfermedad transmitida por organismos infectados con la bacteria de la peste. Se transmite a los humanos mediante la picadura de un organismo infectado o a través del contacto con fluidos o tejidos contaminados.
EIN-3.D.6 La tuberculosis es una infección bacteriana que típicamente ataca los pulmones. Se propaga al inhalar la bacteria procedente de los fluidos corporales de una persona infectada.
EIN-3.D.7 La malaria es una enfermedad parasitaria causada por picaduras de mosquitos infectados. Se encuentra con mayor frecuencia en el África subsahariana.
EIN-3.D.8 El virus del Nilo Occidental se transmite a los humanos mediante picaduras de mosquitos infectados.
EIN-3.D.9 El síndrome respiratorio agudo grave (SARS) es una forma de neumonía. Se transmite al inhalar o tocar fluidos infectados.
EIN-3.D.10 El síndrome respiratorio de Oriente Medio (MERS) es una enfermedad respiratoria viral que se transmite de animales a humanos.
EIN-3.D.11 El Zika es un virus causado por picaduras de mosquitos infectados. Puede transmitirse por contacto sexual.
EIN-3.D.12 El cólera es una enfermedad bacteriana que se contrae a partir de agua contaminada.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
Los patógenos (病原体) (bacterias, virus, parásitos) se propagan a través del agua y los alimentos contaminados. El examen nombra enfermedades específicas y espera que sepas cómo se transmite cada una, ya que la vía de transmisión determina la defensa:
Enfermedad
Tipo
Cómo se propaga
Cólera (霍乱)
bacteriana
consumo de agua contaminada con aguas residuales
Disentería (痢疾)
bacteriana
aguas residuales sin tratar en arroyos y ríos
Peste (鼠疫)
bacteriana
picadura de un organismo infectado (ej. pulgas) o contacto con fluidos infectados
Tuberculosis (TB) (结核病)
bacteriana
inhalación de bacterias presentes en fluidos corporales de una persona infectada
Malaria (疟疾)
parasitaria
picadura de un mosquito infectado (蚊子) (principalmente África subsahariana)
Nilo Occidental / Zika (西尼罗/寨卡)
viral
picadura de mosquito infectado (Zika también por contacto sexual)
SARS / MERS
viral
inhalar o tocar fluidos infectados; MERS se transmite de animales a humanos
Dos ideas de visión general obtienen puntos. La pobreza agrava el problema: las áreas de bajos ingresos suelen carecer de disposición sanitaria de residuos y agua potable, ofreciendo refugio a las enfermedades transmitidas por el agua. Y el cambio climático expande las enfermedades: a medida que las zonas climáticas cálidas ecuatoriales se expanden hacia los polos, los vectores (传播媒介) —como los mosquitos— y las enfermedades que portan, migran a regiones templadas que nunca las tuvieron antes. El agua limpia, el saneamiento y el control de vectores siguen siendo las principales defensas.
Rastrea la eutrofización paso a paso: escorrentía de nutrientes → floración algal → descomposición → agotamiento de oxígeno → muerte de peces.
La bioacumulación se acumula en un solo organismo; la biomagnificación aumenta a lo largo de la cadena alimentaria, afectando más duramente a los depredadores superiores.
Lee una DL50: un valor más bajo significa más tóxico; multiplícalo por la masa corporal para obtener la dosis letal.
Ordena la jerarquía de residuos reducir > reutilizar > reciclar, así como las etapas del tratamiento de aguas residuales.
Vincula los patógenos con el agua contaminada y con las defensas de agua limpia y saneamiento.
Comprensión duradera (STB-4): Las actividades humanas locales y regionales pueden tener impactos a nivel global.
Objetivo de aprendizaje STB-4.A: Explicar la importancia del ozono estratosférico para la vida en la Tierra.
STB-4.A.1 La capa de ozono estratosférica es importante para la evolución de la vida en la Tierra y para la salud y supervivencia continuas de la vida en el planeta.
STB-4.A.2 El agotamiento del ozono estratosférico es causado por factores antropogénicos, como los clorofluorocarbonos (CFC), y factores naturales, como el derretimiento de cristales de hielo en la atmósfera al inicio de la primavera antártica.
STB-4.A.3 Una disminución del ozono estratosférico aumenta los rayos UV que llegan a la superficie terrestre. La exposición a los rayos UV puede provocar cáncer de piel y cataratas en los seres humanos.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
Agotamiento del ozono estratosférico
La capa de ozono 臭氧层, situada en las alturas de la estratosfera, absorbe la radiación ultravioleta dañina. Los CFC 氯氟烃 (clorofluorocarbonos, utilizados anteriormente como refrigerantes y propelentes) ascienden y liberan cloro que destruye el ozono, adelgazándolo (la llamada "agujero de ozono" sobre la Antártida). El aumento de la radiación UV que alcanza la superficie incrementa el riesgo de cáncer de piel, cataratas y daños en los cultivos.
El agujero de ozono 臭氧洞 sobre la Antártida (en azul oscuro) en un mapa de la NASA: es donde la capa de ozono se ha adelgazado más
Comprensión perdurable (STB-4): Las actividades humanas a nivel local y regional pueden tener impactos a escala global.
Objetivo de aprendizaje STB-4.B: Describir los químicos utilizados como sustitutos de los clorofluorocarbonos (CFC).
STB-4.B.1 La destrucción del ozono puede mitigarse reemplazando los productos químicos que lo destruyen por sustitutos que no dañen la capa de ozono. Los hidrofluorocarbonos (HFC) son uno de esos reemplazos, pero algunos son gases de efecto invernadero potentes.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
El Protocolo de Montreal 蒙特利尔议定书 (1987) eliminó progresivamente los CFCs a nivel mundial y constituye un éxito ambiental poco común: la capa de ozono se está recuperando lentamente. Los sustitutos (como los HFC y HCFC) reemplazaron a los CFCs, aunque algunos de ellos son también gases de efecto invernadero.
Comprensión perdurable (STB-4): Las actividades humanas a nivel local y regional pueden tener impactos a escala global.
Objetivo de aprendizaje STB-4.C: Identificar los gases de efecto invernadero.
STB-4.C.1 Los principales gases de efecto invernadero son el dióxido de carbono, el metano, el vapor de agua, el óxido nitroso y los clorofluorocarbonos (CFC).
STB-4.C.2 Aunque el vapor de agua es un gas de efecto invernadero, no contribuye significativamente al cambio climático global porque tiene un tiempo de residencia corto en la atmósfera.
STB-4.C.3 El efecto invernadero produce las temperaturas de la superficie necesarias para que exista vida en la Tierra.
Objetivo de aprendizaje STB-4.D: Identificar las fuentes y la potencia de los gases de efecto invernadero.
STB-4.D.1 El dióxido de carbono, que tiene un potencial de calentamiento global (PCG) de 1, se utiliza como punto de referencia para comparar diferentes gases de efecto invernadero y sus impactos en el cambio climático global. Los clorofluorocarbonos (CFC) tienen el PCG más alto, seguidos por el óxido nitroso y luego el metano.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
El efecto invernadero
El efecto invernadero 温室效应 mantiene la Tierra cálida: los gases de efecto invernadero 温室气体 dejan entrar la luz solar pero retienen el calor infrarrojo saliente. Este efecto natural hace que la Tierra sea habitable. El problema radica en el efecto invernadero potenciado: los seres humanos añaden gases adicionales que atrapan más calor.
Los gases de efecto invernadero absorben el calor que emite la Tierra y devuelven parte de él hacia ella
global warming potential (GWP)/ˈɡləʊbl ˈwɔːmɪŋ pəˈtenʃl/
全球变暖潜能值
quán qiú biàn nuǎn qián néng zhí
Global climate change/ˈɡləʊbl ˈklaɪmət tʃeɪndʒ/
气候变化
qì hòu biàn huà
sea levels/siː ˈlevlz/
海平面
hǎi píng miàn
9.4
Aumento de los gases de efecto invernadero
Syllabus
Comprensión duradera (STB-4): Las actividades humanas locales y regionales pueden tener impactos a nivel global.
Objetivo de aprendizaje STB-4.E: Identificar las amenazas para la salud humana y el medio ambiente planteadas por un aumento en los gases de efecto invernadero.
STB-4.E.1 El cambio climático global, causado por el exceso de gases de efecto invernadero en la atmósfera, puede dar lugar a una variedad de problemas ambientales, incluidos el aumento del nivel del mar debido al deshielo de las capas de hielo y la expansión del agua oceánica, así como la propagación de vectores de enfermedades desde los trópicos hacia los polos. Estos problemas pueden derivar en cambios en la dinámica poblacional y en movimientos de población como respuesta a dichos cambios.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
Las actividades humanas aumentan los gases de efecto invernadero: $\text{CO}_2$ por la quema de combustibles fósiles y la deforestación, metano 甲烷 de la ganadería, los vertederos y los arrozales, y óxido nitroso de los fertilizantes. El metano atrapa mucho más calor por molécula que $\text{CO}_2$, pero es menos abundante.
Para comparar los gases de manera justa, utilizamos el potencial de calentamiento global (GWP) 全球变暖潜能值: cuánto calor atrapa una unidad de un gas durante un período determinado, en relación con $\text{CO}_2$. $\text{CO}_2$ es la referencia, con GWP = 1, por lo que cada otro gas se mide en comparación con ella. Clasificados por GWP: los CFC tienen el valor más alto, seguidos del óxido nitroso y luego el metano: todos atrapan mucho más calor por molécula que $\text{CO}_2$. Sin embargo, el GWP por sí solo no determina el impacto: $\text{CO}_2$ sigue causando la mayor parte del calentamiento en general porque se libera en una cantidad muy superior. El examen espera ambos conceptos: un GWP alto y la cantidad emitida.
La minería y combustión del carbón: quemar combustibles fósiles es el principal impulsor del aumento del CO2 atmosférico
9.5
Cambio climático mundial
Syllabus
Comprensión Duradera (STB-4): Las actividades humanas locales y regionales pueden tener impactos a nivel global.
Objetivo de Aprendizaje STB-4.F: Explicar cómo los cambios en el clima, tanto a corto como a largo plazo, afectan a los ecosistemas.
STB-4.F.1 La Tierra ha experimentado cambios climáticos a lo largo del tiempo geológico, con grandes desplazamientos en las temperaturas globales que causan períodos de calentamiento y enfriamiento, registrados mediante datos de $\text{CO}_2$ y núcleos de hielo.
STB-4.F.2 Los efectos del cambio climático incluyen el aumento de temperaturas, el deshielo del permafrost y del hielo marino, el ascenso del nivel del mar y el desplazamiento de poblaciones costeras.
STB-4.F.3 Los ecosistemas marinos se ven afectados por los cambios en el nivel del mar; algunos son positivos, como en los nuevos hábitats creados sobre las plataformas continentales ahora inundadas, y otros negativos, como en las comunidades más profundas que ya podrían no estar dentro de la zona fótica del agua marina.
STB-4.F.4 Los vientos generados por la circulación atmosférica ayudan a transportar calor por toda la Tierra. El cambio climático puede alterar estos patrones de circulación, ya que los cambios de temperatura pueden afectar las celdas de Hadley y la corriente en chorro.
STB-4.F.5 Las corrientes oceánicas, o la cinta transportadora oceánica, llevan calor por todo el mundo. Cuando estas corrientes cambian, pueden tener un gran impacto en el clima global, especialmente en las regiones costeras.
STB-4.F.6 El cambio climático puede afectar al suelo mediante cambios en la temperatura y las precipitaciones, lo cual puede impactar la viabilidad del suelo y potencialmente aumentar la erosión.
STB-4.F.7 Las regiones polares de la Tierra muestran tiempos de respuesta más rápidos al cambio climático global porque el hielo y la nieve en estas regiones reflejan la mayor cantidad de energía de vuelta al espacio, creando un ciclo de retroalimentación positiva.
STB-4.F.8 A medida que la Tierra se calienta, este hielo y nieve se derriten, lo que significa que menos energía solar es radiada de vuelta al espacio y, en su lugar, es absorbida por la superficie terrestre. Esto provoca a su vez un mayor calentamiento de las regiones polares.
STB-4.F.9 El tiempo de respuesta del cambio climático global en el Ártico se debe a ciclos de retroalimentación positiva que involucran el derretimiento del hielo marino y el descongelamiento de la tundra, y la subsiguiente liberación de gases de efecto invernadero como el metano.
STB-4.F.10 Una consecuencia de la pérdida de hielo y nieve en las regiones polares es el efecto sobre las especies que dependen del hielo para su hábitat y alimento.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
El cambio climático mundial 气候变化 es la variación a largo plazo del clima provocada por el efecto invernadero intensificado: aumento de las temperaturas medias, deshielo, subida del nivel del mar 海平面, fenómenos meteorológicos más extremos y cambios en los patrones de lluvia. Afecta a los ecosistemas, la agricultura y las comunidades humanas en todo el mundo.
Un glaciar 冰川 desprendiéndose y desintegrándose en el mar. El calentamiento derrite el hielo terrestre, lo que añade agua al océano y eleva el nivel del mar
9.6
Calentamiento de los océanos
Syllabus
Comprensión duradera (STB-4): Las actividades humanas locales y regionales pueden tener impactos a nivel global.
Objetivo de aprendizaje STB-4.G: Explicar las causas y efectos del calentamiento de los océanos.
STB-4.G.1 El calentamiento de los océanos es causado por el aumento de gases de efecto invernadero en la atmósfera.
STB-4.G.2 El calentamiento de los océanos puede afectar a las especies marinas de diversas formas, incluyendo la pérdida de hábitat, así como cambios metabólicos y reproductivos.
STB-4.G.3 El calentamiento de los océanos está provocando el blanqueamiento coralino, que ocurre cuando la pérdida de algas dentro de los corales provoca que estos se decoloreen y adquieran un color blanco. Algunos corales se recuperan y otros mueren.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
A medida que el clima se calienta, los océanos absorben la mayor parte del calor adicional. El calentamiento oceánico causa blanqueamiento de corales 珊瑚白化 (los corales expulsan sus algas y pueden morir), desplaza los rangos de distribución de las especies, reduce el oxígeno disuelto y, junto con el deshielo, eleva el nivel del mar a través de la expansión térmica.
Una colonia de coral blanqueada: el agua más cálida hizo que expulsara sus algas coloridas, dejando al descubierto su esqueleto blanco desnudo. Si el calor persiste, el coral muere
Comprensión duradera (STB-4): Las actividades humanas a nivel local y regional pueden tener impactos a escala global.
Objetivo de aprendizaje STB-4.H: Explicar las causas y efectos de la acidificación oceánica.
STB-4.H.1 La acidificación oceánica es la disminución del pH de los océanos, principalmente debido al aumento de las concentraciones de $\text{CO}_2$ en la atmósfera, y puede expresarse mediante ecuaciones químicas.
STB-4.H.2 A medida que se libera más $\text{CO}_2$ a la atmósfera, los océanos, que absorben una gran parte de ese $\text{CO}_2$, se vuelven más ácidos.
STB-4.H.3 Las actividades antropogénicas que contribuyen a la acidificación oceánica son aquellas que conducen a un aumento de las concentraciones de $\text{CO}_2$ en la atmósfera: la quema de combustibles fósiles, las emisiones de vehículos y la deforestación.
STB-4.H.4 La acidificación oceánica daña los corales porque la acidificación dificulta su capacidad para formar conchas, debido a la pérdida de carbonato cálcico.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
El océano absorbe aproximadamente una cuarta parte de nuestras $\text{CO}_2$, lo que forma ácido carbónico – acidificación oceánica 海洋酸化. Un pH más bajo dificulta que corales, moluscos y plancton construyan carbonato de calcio 碳酸钙 conchas y esqueletos, amenazando las cadenas alimentarias marinas.
Explorar
Cómo se acidifica el océano
Los océanos absorben CO$_2$, que forma ácido carbónico y reduce el pH del agua de mar. Incluso una pequeña caída implica un gran aumento de la acidez (la escala es logarítmica) y daña a los organismos que construyen conchas.
9.8
Especies invasoras
Syllabus
Comprensión duradera (EIN-4): La salud de una especie está estrechamente relacionada con su ecosistema, y los cambios ambientales menores pueden tener un gran impacto.
Objetivo de aprendizaje EIN-4.A: Explicar los problemas ambientales asociados con las especies invasoras y las estrategias para controlarlas.
EIN-4.A.1 Las especies invasoras son aquellas que pueden vivir e, incluso, prosperar fuera de su hábitat normal. Las especies invasoras a veces pueden ser beneficiosas, pero se consideran invasoras cuando amenazan a las especies nativas.
EIN-4.A.2 Las especies invasoras suelen ser especies generalistas y seleccionadas por la tasa r (r-selected), por lo que pueden superar en competencia a las especies nativas por los recursos.
EIN-4.A.3 Las especies invasoras pueden controlarse mediante una variedad de intervenciones humanas.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
Una especie invasora 入侵物种 es una especie no nativa que se propaga y daña su nuevo ecosistema. Al carecer de depredadores naturales, compite con las especies nativas, propaga enfermedades y reduce la biodiversidad (kudzu, mejillones cebra, pitones birmanas). El comercio y los viajes humanos las dispersan por todo el mundo.
La enredadera invasora kudzu sofocando un grupo de árboles. Sin depredadores naturales en su nuevo hogar, cubre y mata lo que alcanza
9.9
Especies en peligro de extinción
Syllabus
Comprensión duradera (EIN-4): La salud de una especie está estrechamente vinculada a su ecosistema, y los cambios ambientales menores pueden tener un gran impacto.
Objetivo de aprendizaje EIN-4.B: Explicar cómo las especies se vuelven en peligro de extinción y las estrategias para combatir este problema.
EIN-4.B.1 Una variedad de factores puede llevar a que una especie quede amenazada de extinción, como ser cazada intensamente, tener una dieta limitada, ser superada por especies invasoras o tener requisitos específicos y limitados de hábitat.
EIN-4.B.2 No todas las especies estarán en peligro de extinción cuando se expongan a los mismos cambios en su ecosistema. Las especies que son capaces de adaptarse a los cambios en su entorno o que son capaces de mudarse a un nuevo entorno tienen menos probabilidades de enfrentarse a la extinción.
EIN-4.B.3 Las presiones selectivas son cualquier factor que cambia los comportamientos y la aptitud de los organismos dentro de un entorno.
EIN-4.B.4 Las especies en un ecosistema dado compiten por recursos como el territorio, la comida, las parejas y el hábitat, y esta competencia puede conducir al peligro de extinción o a la extinción misma.
EIN-4.B.5 Las estrategias para proteger las poblaciones animales incluyen penalizar legalmente la caza furtiva, proteger los hábitats de los animales y establecer legislación.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
Una especie en peligro de extinción está en riesgo de extinguirse. Las causas se resumen como HIPPO: pérdida de Hábitat, especies Invasoras, Contaminación, crecimiento de la Población (humana) y Sobreexplotación. La protección incluye leyes (como la Ley de Especies en Peligro de Extinción), áreas protegidas y reproducción en cautiverio.
Un arrecife de coral: la pérdida de hábitat, el calentamiento y la acidificación ponen a toda la comunidad del arrecife en riesgo de extinción
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Una población bajo presión
Cuando las muertes superan a los nacimientos, una población disminuye hacia la extinción. Por debajo de un tamaño crítico, la baja diversidad genética y los eventos aleatorios dificultan la recuperación.
9.10
Impactos humanos sobre la biodiversidad
Syllabus
Comprensión duradera (EIN-4): La salud de una especie está estrechamente ligada a su ecosistema, y los cambios ambientales menores pueden tener un gran impacto.
Objetivo de aprendizaje EIN-4.C: Explicar cómo las actividades humanas afectan la biodiversidad y las estrategias para combatir este problema.
EIN-4.C.1 HIPPCO (destrucción del hábitat, especies invasoras, crecimiento poblacional, contaminación, cambio climático y sobreexplotación) describe los principales factores que conducen a una disminución de la biodiversidad.
EIN-4.C.2 La fragmentación del hábitat ocurre cuando grandes hábitats se dividen en áreas más pequeñas y aisladas. Las causas de la fragmentación del hábitat incluyen la construcción de carreteras y tuberías, la deforestación para la agricultura o el desarrollo urbano, y la tala de árboles.
EIN-4.C.3 La escala de la fragmentación del hábitat que tiene efectos adversos sobre los habitantes de un ecosistema determinado variará de una especie a otra dentro de ese mismo ecosistema.
EIN-4.C.4 El cambio climático global puede causar la pérdida de hábitat mediante cambios en la temperatura, las precipitaciones y el aumento del nivel del mar.
EIN-4.C.5 Algunos organismos han sido domesticados parcial o totalmente y ahora son manejados con fines económicos, como las colonias de abejas melíferas y el ganado doméstico. Esta domesticación puede tener un impacto negativo en la biodiversidad de dicho organismo.
EIN-4.C.6 Algunas formas en que los humanos pueden mitigar el impacto de la pérdida de biodiversidad incluyen la creación de áreas protegidas, el uso de corredores de hábitat, la promoción de prácticas sostenibles de uso de la tierra y la restauración de hábitats perdidos.
Fuente: College Board AP Course and Exam Description
Juntos, la pérdida de hábitat, el cambio climático, la contaminación, las especies invasoras y la sobreexplotación están provocando una rápida pérdida de biodiversidad; algunos lo llaman una sexta extinción masiva. Reducir estas presiones, conservar el hábitat y aplicar prácticas sostenibles son las formas de frenar este proceso y proteger los servicios ecosistémicos de los que depende toda la vida.
Un factor específico y muy examinado es la fragmentación del hábitat: grandes hábitats continuos se dividen en fragmentos más pequeños y aislados debido a carreteras, oleoductos y desarrollo urbano. La fragmentación es peor que la simple pérdida de área, porque los fragmentos pequeños aíslan las poblaciones entre sí, reducen la diversidad genética y exponen más zona de borde a depredadores y especies invasoras.
La conservación in situ y ex situ protegen a las especies
Ejemplo resuelto. El CO$_2$ atmosférico aumentó de aproximadamente 280 ppm antes de la industrialización a unos 420 ppm hoy. El porcentaje de aumento es $\dfrac{420-280}{280}\times100\% = \dfrac{140}{280}\times100\% = 50\%$. Este aumento de aproximadamente el 50 % en el principal gas de efecto invernadero de larga duración es el motor principal del efecto invernadero intensificado y del calentamiento moderno.
9.10
Consejos para el examen
Mantener el agotamiento de la capa de ozono (los CFC permiten que entre más radiación UV) y el cambio climático (los gases de efecto invernadero atrapan más calor) como dos problemas diferentes.
Explicar el efecto invernadero natural y la versión potenciada debido al exceso de CO₂ y metano.
Conectar el calentamiento oceánico (blanqueamiento de los corales) y la acidificación de los océanos (CO₂ → ácido carbónico → conchas más débiles).
Una especie invasora es peligrosa porque no tiene depredadores naturales en su nuevo hogar.
Resumir las amenazas a la biodiversidad con HIPPO (Pérdida de hábitat, Especies invasoras, Contaminación, Población, Sobreexplotación).