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El Estero Derecho consta de 31.680 hectáreas ubicadas en la Estancia Estero Derecho. El área posee componentes ambientales relevantes para la ciencia ya que en él se encuentra la mayor superficie de Azorella Madreporica (llareta) de la Región de Coquimbo, razón por la cual se identificó como sitio prioritario en el Libro Rojo de la Flora Nativa y de los Sitios Prioritario para su Conservación: Región de Coquimbo (Squeo et al. 2001).
En las partes altas de la cuenca existen asimismo numerosos glaciares rocosos que abastecen de agua al valle de Paihuano. En la entrada del área, por su parte, existen numerosos petroglifos, los que aún no han sido estudiados. La zona provee diversos servicios ecosistémicos de suministro, regulación y recreación, destacando entre ellos la provisión de agua. En efecto, el área constituye una cabecera de cuenta que abastece de agua a todo el valle de Paihuano, así como al valle de la Provincia de Elqui, producto de la acumulación de nieve en invierno y de la presencia de numerosos glaciares rocosos. La gran cantidad de vegas altoandinas presentes en el área proveen el servicio de regulación del agua, a través de la purificación de ésta. La mantención de la cobertura vegetacional, por su parte, permite la regulación del clima a escala local, de la temperatura y precipitaciones, y regula la erosión reteniendo el suelo y previniendo los deslizamientos de tierra. Adicionalmente la localización cordillerana del área provee valores estéticos, naturales y culturales, que provocan la inspiración de sus habitantes e influencian el conocimiento tradicional de comuneros y lugareños del sector.
En la zona hay presencia de diversas especies endémicas de flora regional y de regiones vecinas, tales como Chorizanthe viridis, Adesmia calycicomosa y Chaetanthera flabellifolia, así como de especies de fauna endémica de Chile, como el lauchón orejudo chileno (Phyllotis vaccarum) y algunas especies emblemáticas como el cóndor, el guanaco, la vizcacha de la montaña, el zorro culpeo y la chilla, entre otros.
Asimismo, varias otras especies presentes se encuentran clasificadas en categorías de conservación, tales como el sapito de cuatro ojos (Pleurodema thaul) en estado casi amenazado, y el sandillón (Eriosyce aurata) y el cactus Maihueniopsis wagenknechtii clasificadas ambas en estado vulnerable.
El sector presenta cuatro pisos vegetacionales, los cuales cuentan con una baja representación dentro del Sistema Nacional de Áreas Silvestres Protegidas del Estado. La declaración del santuario implicaría un significativo aumento de representatividad en los pisos vegetacionales matorral bajo tropical-mediterráneo andino de Adesmia hystrix y Ephedra breana, así como el matorral bajo tropical-mediterráneo de Adesmia subterránea y Adesmia echinus.
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