Medio ambiente y sistemas
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CONCEPTO DE MEDIOAMBIENTE Y DINÁMICA DE SISTEMAS Ciencias de la Tierra y Medioambientales 2º Bachillerato
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CONCEPTO DE MEDIOAMBIENTE
Y DINÁMICA DE SISTEMAS
Ciencias de la Tierra y Medioambientales
2º Bachillerato
CONCEPTO DE MEDIOAMBIENTE
“Conjunto de componentes físicos, químicos, biológicos y sociales
capaces de causar efectos directos o indirectos, en un plazo corto o
largo, sobre los seres vivos y las actividades humanas”
(Conferencia de la Naciones Unidas para el Medio Ambiente Humano, Estocolmo, 1972)
Atmósfera
Hidrosfera
Geosfera Biosfera
Antroposfera
CARACTERÍSTICAS DE LAS CIENCIAS
MEDIOAMBIENTALES
EL MÉTODO CIENTÍFICO
ENFOQUES CIENTÍFICOS
• Método analítico: consiste en dividir o fragmentar nuestro objeto de estudio en sus componentes más simples y observarlos por separado.
REDUCCIONISTA
• Método sintético: trata de estudiar el todo o la globalidad y las relaciones entre sus partes sin deternerse en los detalles.
• Se ponen de manifiesto las propiedades emergentes (resultado del comportamiento global y de las interacciones entre las partes).
• Ej: Teoría de sistemas
HOLÍSTICO
TEORÍA GENERAL DE SISTEMAS
SISTEMA: Conjunto de elementos operativamente interrelacionados para llevar a
cabo una o varias funciones.
CARACTERÍSTICAS DE LOS SISTEMAS:
Tienen entidad propia, por lo que se distinguen del entorno, aunque interactúan con él.
Se pueden definir límites del sistema (subjetivos).
Los elementos que lo forman definen su composición.
Las interrelaciones entre los componentes constituyen su estructura.
DINÁMICA DE SISTEMAS
FINALIDAD: Comprender de manera global los procesos que rigen el
funcionamiento de un sistema, y en especial las propiedades emergentes.
METODOLOGÍA: Construcción de modelos que pongan de manifiesto la
composición y estructura de los sistemas y su comportamiento.
Un modelo es una versión simplificada de la realidad (NO es la realidad).
Es un instrumento que se utiliza para responder a preguntas acerca de un aspecto concreto
de la realidad (variable)
Se construyen respetando el principio de simplicidad y utilizando las variables
adecuadas.
Tipos de modelos
Mentales
Formales
Informales
Materiales
De relaciones causales
Modelos de sistema caja negra
Modelos de sistema caja blanca
MODELOS DE SISTEMAS CAJA NEGRA
Sólo reflejan las entradas y salidas de materia,
energía e información, no sus componentes.
Se representan como una caja dentro de la cual no
queremos mirar, sino que tan sólo nos fijamos en las
entradas y salidas.
Es importante definir sus límites para determinar lo
que está dentro de él y lo que está fuera.
MODELOS DE SISTEMAS CAJA NEGRA
TIPOS DE MODELOS
CAJA NEGRA
Abiertos
Cerrados
Aislados
EJEMPLO DE SISTEMA CAJA NEGRA
LA FOTOSÍNTESIS
ENTRADAS SALIDAS
CO2
Agua
Energía
solar
Sales
minerales
O2
Materia
orgánica
(glucosa)
Energía
química
Sistema
ACTIVIDAD
Modela bajo el enfoque de caja negra, el sistema de
respiración de una célula.
ACTIVIDAD
Modela bajo el enfoque de caja negra, el sistema de
respiración de una célula.
ENTRADAS SALIDAS
O2
Materia
orgánica
(glucosa)
Energía
Química
(enlaces
químicos)
CO2
Residuos
metabólicos
(urea)
Energía
Química Sistema
H2O
LA ENERGÍA EN LOS SISTEMAS CAJA NEGRA
1ª Ley de la termodinámica o principio de
conservación de la energía.
Energía entrante = Energía almacenada + Energía saliente
Energía
almacenada Energía entrante Energía saliente
LA ENERGÍA EN LOS SISTEMAS CAJA NEGRA
2ª Ley de la termodinámica: en cada transferencia, la
energía se transforma y suele pasar de una forma más
concentrada y organizada a otra más dispersa y
desorganizada (aumenta la entropía*). La tendencia natural del Universo es hacia un estado de máxima entropía.
Los seres vivos son sistemas abiertos que reducen su entropía a base de
aumentar la de su entorno.
*Entropía: magnitud termodinámica que mide la parte no utilizable de
la energía contenida en un sistema, es decir, el desorden que existe en él.
CO2
vH2O
Calor ↓Entropía
↑Entropía
MODELOS DE SISTEMAS CAJA BLANCA
Permiten representar los aspectos internos del sistema y las
RELACIONES CAUSALES que se establecen entre sus
componentes, además de las entradas y salidas.
Se representan como una caja dentro de la cual se
encuentran las variables elegidas (que a su vez conforman
subsistemas) relacionadas por flechas que simbolizan las
interacciones → DIAGRAMA CAUSAL
RELACIONES CAUSALES
Son las conexiones causa-efecto o cualquier otro tipo de
correlación entre las variables.
Tipos
Relaciones simples
(representan la influencia de un elemento sobre otro)
Directas
Inversas
Encadenadas
Relaciones complejas
(son las acciones de un elemento sobre otro que implican, a su vez, que este último
actúe sobre el primero)
Bucles de realimentación positiva
Bucles de realimentación negativa (homeostáticos)
RELACIONES CAUSALES SIMPLES
DIRECTAS O POSITIVAS: el aumento de A causa un
aumento de B, o la disminución de A causa una disminución
de B.
Ejemplos:
Consumo de alimentos Peso
Tráfico Contaminación
Nacimientos Población
RELACIONES CAUSALES SIMPLES
INVERSAS: el aumento de A implica una disminución de B,
o viceversa.
Ejemplos:
Ejercicio físico Peso
Temperatura Superficie de hielo
Muertes Población
RELACIONES CAUSALES SIMPLES
ENCADENADAS:
Formadas por una serie de variables unidas mediante flechas.
Entre ellas pueden existir relaciones positivas, negativas o ambas.
Para simplificar su lectura, se interpretan de dos en dos.
Se pueden resumir con una relación simple entre la primera variable
y la última.
Si el número de relaciones negativas es par → relación causal positiva
Si el número de relaciones negativas es impar → relación causal negativa
RELACIONES CAUSALES SIMPLES
ENCADENADAS:
Ejemplos:
Nacimientos Población Fallecimientos
Nacimientos Fallecimientos
Masa forestal Protección
del suelo Erosión
Masa forestal Erosión
Zorros Conejos Hierba
Zorros Hierba
ACTIVIDAD
Simplifica la siguiente relación causal encadenada.
ACTIVIDAD
Simplifica la siguiente relación causal encadenada.
Actividad volcánica Humedad del suelo
RELACIONES CAUSALES COMPLEJAS
BUCLES DE REALIMENTACIÓN POSITIVA: al aumentar A
aumenta B, y viceversa (incremento desbocado).
Se establecen en cadenas cerradas que tienen un número par de relaciones
negativas.
Ejemplo:
Nacimientos Población Ingreso Ahorro
RELACIONES CAUSALES COMPLEJAS
BUCLES DE REALIMENTACIÓN NEGATIVA U
HOMEOSTÁTICA: al aumentar A aumenta B, pero el aumento de B
hace disminuir a A.
Estos bucles tienen a estabilizar los sistemas.
Ejemplo:
Población Defunciones Liebres Zorros
RELACIONES CAUSALES COMPLEJAS
REGULACIÓN COMBINADA: normalmente los sistemas se
encuentran regulados por varios bucles de realimentación.
Población Defunciones Nacimientos
Liebres Hierba Zorros
MODELOS DE REGULACIÓN DEL CLIMA TERRESTRE
LA TIERRA COMO SISTEMA CAJA NEGRA
Radiación
Infrarroja
(calor)
Radiación
reflejada
Radiación
electromagnética
solar (luz visible
mayoritariamente)
Se trata de un SISTEMA CERRADO en el que sólo entra y salen
energía.
Es un sistema en equilibrio dinámico desde el punto de vista térmico,
ya que autorregula su temperatura, manteniéndola a unos 15 ºC.
MODELOS DE REGULACIÓN DEL CLIMA TERRESTRE
LA TIERRA COMO SISTEMA CAJA BLANCA
LA MAQUINARIA CLIMÁTICA
Regula el clima planetario y permite hacer predicciones.
Formado por la interacción de los subsistemas terrestres: atmósfera
(A), hidrosfera (H), geosfera (G), biosfera (B) y criosfera (C).
S (sistema climático) = AHBGC
Siete interacciones climáticas:
El efecto invernadero
El efecto albedo
Las nubes
La existencia de polvo atmosférico
Los volcanes
Las variaciones de la radiación solar incidente
La influencia de la biosfera
MODELOS DE REGULACIÓN DEL CLIMA TERRESTRE
LA TIERRA COMO SISTEMA CAJA BLANCA
LA MAQUINARIA CLIMÁTICA
EL EFECTO INVERNADERO
Concentración de gases
efecto invernadero
(vH2O, CO2, CH4, N2O) Temperatura
EL EFECTO ALBEDO
ALBEDO: porcentaje de radiación solar reflejada por la Tierra del
total de la que incide procedente del Sol.
Cuanto mayor es la cantidad de radiación reflejada, menor es la que
absorbe la superficie terrestre y, por tanto, menor la temperatura.
Superficies
heladas
Albedo
Temperatura
Bucle de realimentación
positiva
LAS NUBES
Doble efecto sobre el clima:
Incrementan el albedo → Reducen la temperatura (nubes bajas)
Incrementan el efecto invernadero → Aumentan la temperatura (nubes
altas)
MODELO DEL CLIMA
(EFECTO INVERNADERO + ALBEDO + NUBES)
EXISTENCIA DE POLVO ATMOSFÉRICO
Causas:
Emisiones volcánicas
Impacto de meteoritos
Incendios
Contaminación del aire
Explosión nuclear
Consecuencias:
Impide la penetración de radiación solar
Incrementa la reflexión hacia el exterior
Polvo atmosférico Albedo
VOLCANES
Doble efecto sobre el clima:
Descenso de la temperatura
(corto plazo)
Incremento de la cantidad de
polvo atmosférico
Incremento de SO2, que
forma brumas de H2SO4
A mayor altura, mayor
permanencia de los efectos
Incremento de la temperatura
(largo plazo)
Incremento de CO2
atmosférico → incremento
del efecto invernadero
VARIACIONES DE LA RADIACIÓN SOLAR
INCIDENTE
Variaciones periódicas: ciclos astronómicos de Milankovitch
Excentricidad de la órbita terrestre (100000 años)
Cuanto más alargada, más corta es la estación cálida
Inclinación del eje terrestres (oblicuidad) (41000 años)
Determina la duración del día y la noche
Determina la existencia de estaciones
Posición en el perihelio (precesión) (25800 años)
Verano en perihelio → Mayor temperatura
Actualmente, el hemisferio N se encuentra en verano en afelio
Variaciones graduales
El Sol emite más energía que en
el momento de su formación.
*Perihelio: punto de la órbita terrestre en el que la Tierra se
encuentra a menor distancia del Sol.
*Afelio: punto de la órbita terrestre en el que la Tierra se
encuentra más alejada del Sol.
INFLUENCIA DE LA BIOSFERA HIPÓTESIS DE GAIA: la Tierra es un gran sistema homeostático que autorregula su
temperatura debido a las interacciones entre los diferentes subsistemas que la componen,
incluida la biosfera que, a través de la fotosíntesis reduce los niveles de CO2 atmosférico y,
por tanto, reduce el efecto invernadero y la temperatura terrestre.
