TEMA 1. INTRODUCCIÓN A LAS CIENCIAS AMBIENTALES

1. CONCEPTO DE MEDIO AMBIENTE

2. LOS MÉTODOS DE ESTUDIO EN LAS CIENCIAS AMBIENTALES

• REDUCCIONISMO y HOLISMO

• EL USO DE MODELOS

3. SISTEMAS • SISTEMAS y TERMODINÁMICA

• TIPOS DE SISTEMAS

• MODELADO DE SISTEMAS ABIERTOS

• RELACIONES CAUSALES

4. EL SISTEMA PLANETA TIERRA • LOS SUBSISTEMAS TERRESTRES

• LAS RELACIONES ENTRE LOS SUBSISTEMAS TERRESTRES

MEDIO AMBIENTE, UN CONCEPTO CONTROVERTIDO

MEDIO: es la materia que envuelve a los seres vivos soportando y

condicionando los fenómenos naturales que ocurren en su seno.

AMBIENTE: es el conjunto de elementos físico-químicos y biológicos

del medio y de las relaciones que se establecen entre ellos.

ENFOQUES DE MEDIO AMBIENTE

Tradicional: “Espacio sobre el que se desarrolla nuestra existencia, perodel que no formamos parte”

Económico: “ Una fuente de recursos naturales, un soporte paraactividades productivas y un receptor de desechos y residuos”

Administrativo-legislativo: “Es el sistema constituido por el ser humano, lafauna y la flora; el suelo, el aire, el clima y el paisaje; las interaccionesentre los factores citados, los bienes materiales y el patrimonio cultura”Directriz 85/337 de la UE

DEFINICION DE MEDIO AMBIENTE

“Conjunto de elementos físicos, químicos, biológicos y defactores sociales capaces de causar efectos directos oindirectos, a corto o largo plazo, sobre los seres vivientes y lasactividades humanas.”

Conferencia de Estocolmo, 1.972

Aspectos importantes de la definición:

El medio ambiente incluye elementos naturales, sociales y culturales

El medio ambiente cambia continuamente:Por causas naturalesPor causas antrópicas

Medio natural y medio natural domesticado

Medio natural: aquel que no hasido alterado por el hombre,cambia por causas naturales.

Medio natural domesticado oantropizado: aquel que ha sidoalterado por el hombre paraadaptarlo a sus necesidades.

LA COMPRENSIÓN DEL MEDIO AMBIENTE

1. Identificación del medio ambiente como conjunto de interaccionescomplejas

2. Conjunto de los sistemas ambientales: características, estructura yfuncionamiento

3. Identificación de las principales interacciones entre los sistemasambientales, especialmente los que afectan a la humanidad(obtención de recursos, procesos de transformación, relacioneseconómicas y consumo, generación de residuos y contaminación,etc.).

4. Propuestas y medias a tomar desde el ser humano ante la crisisambiental (medidas técnicas, económicas, políticas, sociales, etc.).

CIENCIAS MEDIOAMBIENTALES

CIENCIAS NATURALES

CIENCIASSOCIALES

BIOLOGIA GEOLOGÍA

FÍSICA QUÍMICA

GEOGRAFÍA ECONOMÍA

SOCIOLOGÍA DERECHO

MÉTODOS DE ESTUDIO DE LAS CIENCIAS MEDIOAMBIENTALES

MÉTODO CIENTÍFICO COMO PROCEDIMIENTO DE ESTUDIO

OBSERVACIÓN HIPÓTESIS COMPROBACIÓN EXPERIMENTAL

TEORÍA LEY NATURAL

METODOLOGÍAS ÚTILES PARA EL ESTUDIO DE FENÓMENOS

COMPLEJOS

• USO DE MODELOS

• TEORÍA GENERAL DE SISTEMAS

LOS SISTEMAS COMPLEJOS

• Las RELACIONES entre sus componentes son muchas y

variadas

• Del COMPORTAMIENTO GLOBAL del sistema surgen nuevas

propiedades que no tienen los componentes por separado

PROPIEDADES EMERGENTES

• Solamente con un enfoque HOLISTA podemos conocer

las PROPIEDADES EMERGENTES DEL SISTEMA

Ej. Sistema Tierra, Ser vivo

MODELOS

Son representaciones simplificadas de la realidad, que seelaboran para facilitar su comprensión y estudio y realizarpredicciones

Características de los modelos• Deben ser sencillos y manejables• Deben representar fielmente la realidad

Criterios en la elaboración de modelos

• ¿Para qué se va a utilizar?• ¿Qué variables o aspectos de la realidad se van a estudiar?

ESTABLECER LAS RELACIONES ENTRE LAS VARIABLES

TIPOS DE MODELOS

VERBALES

GRÁFICOS

FORMALES o MATEMÁTICOS

DE SIMULACIÓN POR ORDENADOR

MODELOS GRÁFICOS

Modelos gráficos del ciclo del agua

MODELOS DE ODUM

MODELOS FORMALES O NUMÉRICOS

2r

mMGF

MODELOS DE SIMULACIÓN POR ORDENADOR

MODELOS METEOROLÓGICOS: MODELOS PREDICTIVOS

SISTEMAS

• Un SISTEMA es un conjunto de partes o elementosrelacionados por leyes naturales que interaccionan para formarun todo.

• Cada parte o elemento del sistema lo denominamosSUBSISTEMA.

• Un sistema es mayor que la suma de sus partes o subsistemas,que se combinan para formar un todo funcional en el que surgennuevas propiedades denominadas PROPIEDADES EMERGENTES.

• Para comprender el funcionamiento de un sistema nos fijamosen las relaciones que existen entre sus componentes

TEORÍA GENERAL DE SISTEMAS:UTILIZA EL ENFOQUE HOLÍSTICO

SISTEMA CÉLULA VEGETAL FOTOSÍNTESIS

SUBSISTEMA CLOROPLASTO

SISTEMAS Y TERMODINÁMICA

TODO SISTEMA SE RIGE POR LAS LEYES DE LA TERMODINÁMICA

PRIMERA LEY (PRINCIPIO DE LA CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA):“La energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma”.

Energía entrante = Energía almacenada + Energía saliente

SEGUNDA LEY (LEY DE LA ENTROPÍA): aunque la energía ni se creani se destruye, durante su transformación una parte de la energía sedegrada a una forma de energía más dispersa y menos asequible,por lo que disminuye su “calidad”. La ENTROPÍA es una medida deldesorden en términos de energía inasequible (energía incapaz derealizar un trabajo).

Según la segunda ley:• Todo proceso espontáneo, sin aporte de energía, tiende aaumentar la entropía.• Solamente la entrada continua de energía puede mantener algoordenado.

TIPOS DE SISTEMAS SEGÚN LA TERMODINÁMICA

• SISTEMAS ABIERTOS: intercambian materia y energía con elentorno. Ej. Los ecosistemas.

• SISTEMAS CERRADOS: intercambian energía con el entorno,pero no materia. Ej. La Tierra.

• SISTEMAS AISLADOS o ADIABÁTICOS: no intercambian materiay energía con el entorno. No existe ningún modelo real, aunquealgunos sistemas se pueden modelar así (Ej. Sistema Solar).

COMPORTAMIENTO DE LOS SISTEMAS ABIERTOS

– Se mantienen ordenados debido al aporte continuo deenergía, por lo que aumentan la entropía del entorno.

– Estas sometidos a perturbaciones externas e internas quealteran su equilibrio inicial: el sistema tiende a alcanzar unanueva situación de equilibrio.

– Para comprender su comportamiento hay que conocer losvalores de materia, energía o información que:

> entran en el sistema (inputs)> salen del sistema (outputs)> permanecen dentro del sistema

REDUCCIONISMO y HOLISMO

REDUCCIONISMO• Divide el objeto de estudio en suscomponentes mas simples y analiza cadauno de ellos.• Lo complejo se comprende estudiando loselementos más simples que lo componen

HOLISMO• Estudia las relaciones que existen entre loscomponentes del objeto de estudio.• Solo podemos comprender lo complejo si seconsidera globalmente:

- El todo es mayor que la suma de laspartes

- Los árboles no dejan ver el bosque

MODELADO DE LOS SISTEMAS ABIERTOS

MODELO DE CAJA NEGRA: el sistema se representa como unaCAJA dentro de la cual NO miramos y SOLO nos fijamos en lasENTRADAS y SALIDAS.

MODELO DE CAJA BLANCA: el sistema se representa como unacaja dentro de la cual observamos su INTERIOR. Serepresentan:- Componentes o subsistemas (variables)- Relaciones entre las variables con flechas

DIAGRAMAS CAUSALES

RELACIONES CAUSALES

•Relaciones donde una variable es la responsable de un efectoejercido sobre otra.

•Se representan mediante DIAGRAMAS CAUSALES que incluyen loselementos y flechas que conectan las variables de un sistema.

• Permiten conocer el COMPORTAMIENTO de un sistema dinámico, es

decir, como evoluciona frente a las perturbaciones.

CONCEPTOS CLAVE- Una VARIABLE es un elemento del sistema que cambia decomportamiento frente a circunstancias concretas.- Las relaciones se representan mediante FLECHAS- El TIPO DE RELACIÓN se indica mediante un signo encima de laflecha, e indica el efecto que tiene la variación de un elementossobre el otro componente que se relaciona. Pueden ser:

> “+” para el aumento

> “-” para la disminución

TIPOS DE RELACIONES CAUSALES

• SIMPLES: influencia directa de una variable sobre otra.

A B

- Directas o positivas

- Inversas o negativas

- Encadenadas

• COMPLEJAS: una variable influye sobre otra y esta sobre laprimera. Forman conjuntos de relaciones encadenadas en círculocerrado, que reciben el nombre de BUCLES DERETROALIMENTACIÓN o FEEDBACK.

A B

- Retroalimentación positiva

- Retroalimentación negativa

RELACIONES SIMPES

DIRECTAS o POSITIVAS: ↑ A → ↑ B ó ↓ A → ↓ B

(+) (+)

A B Lluvia Caudal ríos

INVERSAS o NEGATIVAS: ↑ A → ↓ B ó ↓ A → ↑ B

(-) (-)

A B Tabaco Salud

ENCADENADAS: A → B → C ….

(+) (-) (+) (-)

A B C Tala Erosión Suelo

(-) (-) (-) (-)

A B C Caza Biodiversidad Plaga

masiva

RELACIONES COMPLEJAS

RETROALIMENTACIÓN POSITIVA: acelera un sistema o proceso

(+) ó (-) (+)

A B NATALIDAD POBLACIÓN

(+) ó (-) (+)

RETROALIMENTACIÓN NEGATIVA: mantiene en equilibrio unsistema o proceso.

Sistemas estables mediante bucles de retroalimentación negativase denominan SISTEMAS HOMEOSTÁTICOS o CIBERNÉTICOS

(+) ó (-) (-)

A B DEPREDADOR PRESA

(-) ó (+) (+)

+ +

- -

RETROALIMENTACIÓN POSITIVA DEL CRECIMIENTO EXPONENCIAL DE UNA POBLACIÓN SIN LIMITACIONES EN LA REPRODUCCIÓN

RETROALIMENTACIÓN NEGATIVA DE UN SISTEMA TERMOSTATO- CALENTADOR

EL CLIMA mediante RELACIONES CAUSALES COMPLEJAS

DIAGRAMA CAUSAL APLICADO A LAS VARIABLES

QUE INTERVIENEN EN LA CANTIDAD DE AGUA DISPONIBLE

EL SISTEMA TIERRA

La Tierra es un SISTEMA ABIERTO respecto al intercambio de

energía:

- Recibe un flujo continuo de energía solar en forma de radiación

electromagnética

- Emite calor al espacio (en forma de radiación infrarroja)

La Tierra es un SISTEMA que se AUTORREGULA: la temperatura

media terrestre se ha mantenido constante durante millones de

años, en torno a los 15 º C.

La Tierra está formada por diferentes SUBSISTEMAS (atmósfera,

hidrosfera, geosfera y biosfera) que no funcionan de forma aislada,

sino que interaccionan para formar un todo conjunto.

SUBSISTEMAS TERRESTRES

SUBSISTEMAS NATURALES1. ABIÓTICOS

FLUIDOS:

- ATMÓSFERA: formado por la capa gaseosa que envuelve a la Tierra.

- HIDROSFERA: capa discontinua de agua que envuelve la superficie

sólida del planeta. Formada por los océanos, aguas continentales y el

hielo glaciar. El agua en estado sólido constituye el subsistema

CRIOSFERA.

SÓLIDO

- GEOSFERA: parte sólida de la Tierra, formada por los materiales

terrestres sólidos tales como suelos, sedimentos y rocas de la litosfera

y las capas internas (manto y núcleo).

2. BIÓTICO

- BIOSFERA: formada por todos los seres vivos del planeta, que forman

una compleja trama de relaciones entre sí y con el resto de

subsistemas. Los seres vivos se han adaptado a lo largo de la evolución

a las condiciones ambientales, pero en algunos casos también las han

cambiado.

SUBSISTEMAS ANTRÓPICOS o CULTURALES

• SOCIOSFERA: sistema formado por la HUMANIDAD y las

INSTITUCIONES SOCIALES de autorregulación (políticas,

económicas y culturales).

• TECNOSFERA: sistema artificial formado por el medio construido y

los bienes, instrumentos y productos fabricados por los seres

humanos para facilitar su desarrollo.

• NOOSFERA: designa al conjunto de ideas y conocimientos de la

humanidad que gobiernan las relaciones del hombre y el medio y las

relaciones humanas entre sí.

La NOOSFERA ES LA DOMINACIÓN DE LA TIERRA POR LA

MENTE HUMANA, una envoltura gobernada por la inteligencia

humana.

Vernadsky (1.945)

LAS INTERACCIONES ENTRE LOS

SUBSISTEMAS NATURALES TERRESTRES

JAMES LOVELOCK (1916)

•Químico británico especializado en

ciencias de la atmósfera.

•Inventor del detector de captura de

electrones, capaz de captar cantidades

extremadamente pequeñas de materia en

gases y que fue usado para estudiar los

efectos del CFC en la formación del agujero

de la Antártida.

•Trabajó para la NASA en su proyecto de

investigación de señales de vida en Marte, y

predijo la ausencia de vida basándose en la

composición atmosférica.

•Padre de la Hipótesis Gaia, expone sus

ideas en el libro “Una nueva visión sobre la

vida en la Tierra” (1979), enfrentándose a la

comunidad científica.

LYNN MARGULIS (1938)

•Bióloga estadounidense, licenciada por la

Universidad de Chicago.

•Destaca por su Teoría Endosimbiótica, según la

cual las células eucariotas aparecieron por la

incorporación endosimbiótica de diversas

células procariotas.

•Ha apoyado la Teoría de Gaia, aportando su

visión según la cual las bacterias son las

principales responsables de las

trasformaciones químicas de la biosfera.

•Opuesta a las teorías neodarwinistas,

considera que el origen de las especies no está

en las mutaciones genéticas, sino en la

simbiogénesis, de forma que la adquisición de

caracteres de seres vivos pluricelulares son

producto de la incorporación simbiótica de

bacterias de vida libre.

EL PAPEL DE LA BIOSFERA EN LA TIERRA

LA TEORÍA GAIA. Lovelock y Margulis

• La TIERRA como ser vivo, se comporta SUPERECOSISTEMA

que se autorregula.

• Los SERES VIVOS (BIOSFERA) interaccionan con los sistemas

abióticos (atmósfera, hidrosfera y geosfera) y mediante

mecanismos de RETROALIMENTACIÓN mantienen constantes la

temperatura y la composición química de la atmósfera y los

océanos.

• GAIA engloba la BIOSFERA, ATMÓSFERA, OCÉANOS y SUELOS, y

todo el conjunto es un sistema cibernético que busca un óptimo

ambiente para su propia vida.

• Los SERES VIVOS no solo se adaptarían a las condiciones

ambientales, sino que las modifican para permitir su

supervivencia.

ARGUMENTOS A FAVOR

1. La biosfera regula la concentración de oxígeno mediante la

RESPIRACIÓN y la FOTOSÍNTESIS.

2. La composición química de la atmósfera (79% de nitrógeno) es

anómala respecto a otros planetas cercanos, como Marte y

Venus, y solo es explicable por la presencia de vida.

3. La composición química de la atmósfera actual tiene un origen

principalmente biótico.

4. La temperatura media terrestre se ha mantenido constante a

lo largo del tiempo, a pesar de haber aumentado la

luminosidad solar, lo que se explica por el papel

termorregulador de los seres vivos.

COMPOSICION DE LA ATMÓSFERA