4.1 Impactes sobre els cicles naturals

Figura 4.1.1. Cicle de l’aigua. Font: Encyclopedia Britannica, inc

Diversos estudis científics han documentat aquests efectes i han subratllat la importància de la gestió sostenible de l'aigua en un món cada vegada més afectat pel procés d’urbanització. L'impacte humà en el cicle de l'aigua ha generat una sèrie de conseqüències negatives que afecten els ecosistemes, les comunitats i els recursos hídrics a escala global. Entre ells cal destacar els següents:

• La contaminació de l'aigua és una de les conseqüències més greus de l'impacte tecnològic. Les emissions industrials, l'ús de pesticides i fertilitzants en l'agricultura, així com els residus químics dels processos de fabricació, es filtren als rius i llacs, contaminant les fonts d'aigua. Aquesta contaminació fa que l'aigua sigui inadequada per al consum humà i provoca la mort d'organismes aquàtics, afectant els ecosistemes aquàtics.
• La sobreexplotació de recursos hídrics és un altre problema. Les tecnologies d'extracció d'aigua com pous profunds i bombes permeten l'accés a aigües subterrànies, però aquesta sobreexplotació pot provocar la disminució dels nivells freàtics, els quals, quan es redueixen, afecten els ecosistemes aquàtics i provoquen l'erosió dels terrenys. Segons podem veure a la Figura 4.1.2, Espanya és un dels països amb menys recursos hídrics disponibles però al mateix temps és el tercer país de la UE amb més consum. De fet, Espanya és el vuitè país del món amb major petjada hídrica.

 Figura 4.1.2. Explotació dels recursos hídrics a la Unió Europea. Font: Eurostat

• Impermeabilització del sòl a causa de l’urbanització i la construcció de carreteres i edificis bloqueja l’infiltració natural de l’aigua pel sòl. Aquest fenomen, conegut com a escorrentia superficial, pot provocar inundacions en llocs inesperats i contribuir a l’erosió dels sols.
• Alteració dels cicles naturals és una altra conseqüència. La construcció de preses i embassaments per emmagatzemar aigua interromp els cicles naturals dels rius, afectant la fauna i flora aquàtiques. Això pot portar a la pèrdua de diversitat biològica i canvis en els ecosistemes aquàtics.
• Escalfament global, atribuït en part a les emissions de gasos d’efecte hivernacle procedents de tecnologies humanes, altera els patrons de pluges i contribueix a l’augment d’incidències de sequeres i inundacions extremes. Aquestes condicions extremes tenen un impacte negatiu en la disponibilitat d’aigua potable i la seguretat alimentària.
• Manipulació artificial dels cursos d’aigua, com l’alteració del bosc de ribera per fer-hi obres d’infraestructura, interromp els sistemes naturals d’auto-neteja dels rius, provocant la acumulació de residus i la degradació de la qualitat de l’aigua.

En resum, l'impacte humà en el cicle de l'aigua ha creat desafiaments significatius que requereixen una gestió sostenible i un ús responsable dels recursos hídrics. Les solucions han de provenir de tecnologies més netes, pràctiques agrícoles sostenibles i una consciència general sobre la importància de preservar els ecosistemes aquàtics per a un futur sostenible. 

Diverses estratègies estan sorgint els últims anys al voltant de l’ús de solucions basades en la natura, o NBS, de les sigles en anglès. Les solucions basades en la natura són estratègies i eines que utilitzen o emulen processos naturals per abordar problemes ambientals, socials o econòmics. Aquestes solucions es centren en la conservació, la protecció o la restauració dels ecosistemes per proporcionar beneficis humans de manera sostenible. Són solucions vives inspirades per, recolzades de forma continua i utilitzen la natura, i estan dissenyades per abordar els reptes de la societat de manera eficient i adaptativa amb els recursos, a la vegada que ofereixen beneficis ambientals, socials i econòmics (EC, 2015). En definitiva, aquestes solucions basades en la natura busquen aprofitar els serveis ecosistèmics i els processos naturals per abordar problemes ambientals i afavorir un desenvolupament més sostenible.

L’aplicació de les NBS a les zones urbanes es concreta en dos models de desenvolupament urbà alternatius, el disseny urbà sensible a l’aigua i el concepte de ciutat esponja, desenvolupat de forma especial a la xina. En un informe desenvolupat per UNESCO (Figura 4.1.3), s’observa com a partir del 2010, la majoria de recerca feta a nivell mundial al voltant de l’aigua a nivell urbà es desenvolupa en els dos conceptes esmentats, disseny urbà sensible a l’aigua i ciutat esponja. 

El disseny urbà sensible a l'aigua és una aproximació a la planificació i el desenvolupament urbà que té en compte la gestió sostenible de l'aigua com a element central, integrant la infraestructura i els sistemes urbans per mitigar els impactes negatius de l'aigua, com les inundacions, la contaminació de les aigües i l'escassetat d'aigua, mentre busca aprofitar els beneficis que proporciona l'aigua als entorns urbans. 

El disseny urbà sensible a l'aigua busca crear entorns urbans més sostenibles i resistents, aprofitant els beneficis que ofereix l'aigua mentre disminueix els impactes negatius que aquest element pot tenir en les ciutats. Alguns dels elements principals del disseny urbà sensible a l’aigua inclouen entre d’altres:

• Gestió d’aigües pluvials
• Espais verds
• Sistemes de drenatge urbà sostenible
• Rehabilitació de rius i costes
• Reutilització de l’aigua
• Enfocament integrat
• Educació i conscienciació

Figura 4.1.3. Conceptes lligats a l’aigua urbana desenvolupats a nivell mundial, mesurats a través dels nombre d’articles científics. Font: Càtedra UNESCO de Sostenibilitat, 2020

L’impacte de l’activitat humana sobre el cicle del carboni (Figura 4.1.4) ha estat molt gran, sobretot en l’era industrial on les emissions han augmentat de manera molt significativa. En resum, l'activitat humana ha alterat els cicles naturals del carboni amb un impacte negatiu en el clima global, la biodiversitat i la salut dels ecosistemes. La gestió sostenible del carboni és fonamental per abordar aquests problemes i mitigar els efectes del canvi climàtic.

Figura 4.1.4. Cicle del Carboni. Font: Bioninja

Les principals alteracions provocades pels humans en el cicle del carboni, es desglossen a continuació:

• Augment de les emissions de diòxid de carboni (CO2): Les emissions de diòxid de carboni procedents dels vehicles, les indústries i la producció d'energia han augmentat dràsticament. Aquest CO2 s'allibera a l'atmosfera, contribuint al fenomen de l'escalfament global i l'augment de les temperatures mitges a nivell mundial. Segons l’últim informe de l’IPCC les emissions globals de CO2 han augmentat un 46% des del 1990 (IPCC, 2023). 

• Desforestació i canvis en l'ús del sòl: La desforestació massiva i els canvis en l'ús del sòl, com ara la conversió de terres forestals en zones agrícoles o urbanes, redueixen la capacitat dels ecosistemes per absorbir el CO2 atmosfèric a través de la fotosíntesi. Això altera els patrons naturals de dipòsit i emmagatzematge de carboni als ecosistemes terrestres.
• Acidificació dels oceans: L'augment de les emissions de CO2 també contribueix a l'acidificació dels oceans, tal com es pot observar a la Figura 4.1.5. Aquest fenomen té efectes negatius en els ecosistemes marins, incloent la reducció de la formació de closques d'organismes marins com els corals i  mol·luscs (Harvey et al., 2013).
• Canvis en els ecosistemes naturals: L'alteració d'ecosistemes naturals, com ara la degradació dels boscos i la contaminació dels mars, pot provocar canvis en els cicles del carboni locals, incloent la pèrdua de carboni per l'oxidació i l'alteració dels sòls orgànics.
• Pèrdua de biodiversitat: El canvi climàtic i altres efectes derivats de l'augment del CO2 poden provocar la pèrdua de biodiversitat, ja que moltes espècies no poden adaptar-se ràpidament als canvis en les condicions ambientals. Existeixen molts indicadors al respecte. Sobre les poblacions marines, quasi 1/3 de les poblacions de peixos són sobreexplotades (IPCC, 2023).
• Canvi climàtic: L'augment del CO2 com a gas d'efecte hivernacle contribueix al canvi climàtic, afectant els patrons climàtics, augmentant el nivell del mar i provocant fenòmens meteorològics extremes com ara onades de calor, inundacions i sequeres.

Figura 4.1.5. Acidificació dels oceans. Font: International atomic energy agency.

En definitiva, la gestió sostenible del carboni és un desafiament crític per a la conservació dels ecosistemes i la biodiversitat, ja que cal reduir les emissions i preservar els boscos i altres hàbitats naturals per aconseguir l'equilibri en el cicle del carboni.

El cicle del nitrogen és un dels cicles més essencials que existeixen per a la vida (Figura 4.1.6).  L'activitat humana ha alterat significativament el cicle del nitrogen, amb una sèrie d'impactes i canvis importants, produint un desbalanç del cicle del nitrogen cap a formes oxidades (nitrats, especialment), degut a la producció de fertilitzants nitrogenats per l’agricultura. Tanmateix, l’impacte humà sobre el cicle del nitrogen és ben ampli, i es pot desglossar en els següents impactes:

• Augment de les emissions d'òxids de nitrogen (NOx): Les emissions d'òxids de nitrogen procedents dels vehicles, les indústries i la producció d'energia han augmentat dràsticament. Aquests òxids reaccionen amb altres compostos atmosfèrics per formar el diòxid de nitrogen (NO2) i altres contaminants atmosfèrics. Això contribueix a la contaminació de l'aire i a la formació de partícules en suspensió, amb efectes negatius per a la salut humana i els ecosistemes.
• Augment de l'ús d'adobs nitrogenats: L'ús massiu d'adobs nitrogenats en l'agricultura ha incrementat les concentracions de nitrogen en el sòl i les aigües subterrànies. Això pot provocar la contaminació de les aigües superficials i subterrànies per nitrats, amb conseqüències negatives per a la qualitat de l'aigua i la salut pública. Aproximadament un 40% dels sols europeus estan declarats com a vulnerables per la contaminació per nitrats.
• Escorrentia d'adobs i nutrients: L'escorrentia de nutrients, incloent el nitrogen, des de les terres agrícoles pot provocar la sobrealimentació dels ecosistemes aquàtics, amb la proliferació d'algues i la mort d'organismes aquàtics. Aquest fenomen s'anomena eutrofització.
• Alteració dels ecosistemes naturals: L'alteració d'ecosistemes naturals, com ara la desforestació i la urbanització, pot provocar canvis en els cicles del nitrogen locals, incloent la pèrdua de nitrogen per escorrentia i l'augment de les emissions d'òxids de nitrogen.
• Canvis en l'ús del sòl: El canvi d'ús del sòl, com la conversió de terres forestals en zones agrícoles o urbanes, pot alterar els patrons naturals de dipòsit i emmagatzematge de nitrogen als ecosistemes.
• Contaminació de l'aire i l'atmosfera: L'augment de les emissions d'òxids de nitrogen contribueix a la formació de contaminants atmosfèrics com l'ozó troposfèric, que té efectes negatius en la salut humana i l'ecosistema.
• Pèrdua de biodiversitat: La contaminació per nitrats pot provocar la pèrdua de biodiversitat en ecosistemes aquàtics, ja que moltes espècies no poden sobreviure en aigües riques en nutrients.
• Canvi climàtic: Els òxids de nitrogen contribueixen al canvi climàtic com a gasos d'efecte hivernacle. Això pot alterar els patrons climàtics i augmentar les temperatures.
• Contaminació de les aigües subterrànies: Les aigües subterrànies poden resultar contaminades per nitrats procedents de fonts agrícoles i d'altres fonts, amb riscos per a la salut humana i la qualitat de l'aigua potable.

Figura 4.1.6. Cicle del nitrogen. Font: Flickr, CC BY-SA 2.0 DEED

La gestió sostenible del nitrogen és un desafiament clau per a l'agricultura, ja que cal mantenir la producció d'aliments al mateix temps que es redueix l'impacte ambiental. Segons els estudis del Stockholm Resilient Center (Rockstrom et al., 2009), el desbalanç del cicle del nitrogen és el segon problema més important a nivell planetari, després de la pèrdua de biodiversitat, i més important que l’increment de CO2. El seguiment que s’ha fet els anys següents d’aquest estudi tan cabdal, segueix mostrant com hem superat els llindars segurs i estem en una zona d’incertesa, on no sabem com podrà evolucionar el planeta (Steffen et al. 2015). 

En resum, l'activitat humana ha alterat els cicles naturals del nitrogen amb un impacte negatiu en la qualitat de l'aire, de l'aigua, la salut humana i la conservació dels ecosistemes. La gestió sostenible del nitrogen, segurament utilitzant solucions basades en la natura és fonamental per abordar aquests problemes.

Altres impactes tecnològics sobre els cicles naturals elementals

En els últims anys, els estudis científics han posat de manifest com l'ús massiu de fertilitzants en l'agricultura i els processos industrials han alterat aquests cicles naturals, afectant els ecosistemes aquàtics i terrestres.

El fòsfor és un element essencial per a tots els éssers vius, però la seva sobrecàrrega en els ecosistemes aquàtics pot portar a l'eutrofització, una condició que provoca el creixement excessiu d'algues. Aquest fenomen, causat principalment per l'escorrentia d'aqüífers agrícoles rics en fòsfor, és exacerbada per l'ús indiscriminat de fertilitzants.

De manera similar, l'ús massiu de combustibles fòssils i la industrialització han portat a un augment en les emissions de diòxid de sofre (SO2), que posteriorment es converteixen en àcid sulfúric quan es combinen amb altres compostos. Aquest àcid sulfúric cau a terra com a deposició àcida, alterant els ecosistemes terrestres i afectant la vegetació. Estudis com el de Li et al. (2019) han identificat una clara correlació entre les emissions industrials i les pèrdues de biodiversitat en zones afectades per la deposició àcida.

És evident que l'impacte de la tecnologia en els cicles del fòsfor i del sulfur és alarmant. Com a societat, cal prendre mesures immediates per reduir l'ús excessiu de fertilitzants, impulsar tecnologies netes i promoure energies alternatives per minimitzar les emissions de diòxid de sofre. Mitjançant polítiques sostenibles i canvis en els comportaments, podem restaurar l'equilibri. 

[Tornar a la part superior]

6. Impacte sobre el cicle dels metalls pesants 

Els metalls pesants, com el plom, el mercuri i el cadmi, tenen propietats tòxiques per als éssers vius i, quan s'alliberen a l'entorn, poden causar danys irreparables als ecosistemes i a la salut humana (Figura 4.1.7). Les emissions de metalls pesants es produeixen durant la producció i la disposició de productes tecnològics, com ara bateries, dispositius electrònics i components industrials. Aquests metalls poden infiltrar-se als sòls i les aigües subterrànies, contaminant rius i mars. Estudis com el de Ankit  et al. (2021) han demostrat l'augment de la concentració de metalls pesants en àrees properes a zones industrials.

Figura 4.1.7. Font de metalls pesants i la seva introducció al cicle de la vida. Font: GRID-Arendal

Els metalls pesants acumulats als teixits dels éssers vius poden afectar la biodiversitat marina i terrestre. A més, quan aquests metalls arriben a la cadena alimentària, poden posar en perill la salut humana. Investigacions com les realitzades per Ankit et al. (2021) han revelat la relació directa entre l'exposició prolongada a metalls pesants i malalties cròniques en els éssers humans.

Hi ha solucions tecnològiques i de gestió que poden reduir l'ús i l'alliberament de metalls pesants a l'entorn. Cal destacar l’eficàcia de les tècniques de reciclatge avançades per reduir la presència de metalls pesants en els productes electrònics  (Ankit et al., 2021), mentre que polítiques de gestió de residus més rigoroses, com les implementades a Suècia, han conduït a una disminució significativa en la contaminació per metalls pesants (Andersson, 2019).

7. Reflexions Finals

En conclusió, mentre la tecnologia ofereix solucions innovadores per als reptes actuals, també presenta desafiaments importants per als cicles naturals. És essencial abordar aquests reptes per garantir un futur sostenible per a la nostra societat. Tenim la necessitat d'establir recomanacions basades en les investigacions revisades per promoure l'ús responsable de la tecnologia i preservar els cicles naturals que són fonamentals per a la vida a la Terra. 

 [Tornar a la part superior]

• Ankit, Lala S., Virendra K., Jaya T.,  Sweta, Shalu R., Jiwan S., Kuldeep B., (2021). Electronic waste and their leachates impact on human health and environment: Global ecological threat and management. Environmental Technology & Innovation, 24, 102049, ISSN 2352-1864. https://doi.org/10.1016/j.eti.2021.102049. 
• Chen, W., Davies, C., Lafortezza, R., Sanesi, G., (2021) The European Union roadmap for implementing nature-based solutions: A review. Environmental Science & Policy,121. https://doi.org/10.1016/j.envsci.2021.03.018. 
• Harvey, B.P., Gwynn-Jones, D., Moore, P.J., (2013). Meta-analysis reveals complex marine biological responses to the interactive effects of ocean acidification and warming. Ecology and Evolution, 3 (4), 1016–1030. https://doi.org/10.1002/ece3.516
• IPCC, (2023). Sections. In: Climate Change 2023: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Core Writing Team, H. Lee and J. Romero (eds.)]. IPCC, Geneva, Switzerland,  35-115, doi: 10.59327/IPCC/AR6-9789291691647.
• Rockström, J., Steffen, W., Noone, K., Persson, Å., Chapin, F. S., Lambin, E. F., Lenton, T. M., Scheffer, M., Folke, C., Schellnhuber, H. J., Nykvist, B., De Wit, C. A., Hughes, T., Rodhe, H., Sörlin, S., Snyder, P. K., Costanza, R., Svedin, U., Falkenmark, M., . . . Foley, J. A. (2009). A safe operating space for humanity. Nature, 461(7263), 472-475. https://doi.org/10.1038/461472a. 
• Steffen, W., Richardson, K., Rockström, J. & Cornell, S.E., et.al. (2015). Planetary boundaries: Guiding human development on a changing planet. Science 347, 1259855 (2015).DOI:10.1126/science.1259855.

• United Nations. (2021). Sustainable Development Goals Report 2021. Recuperat de: https://sdgs.un.org/goals