Este documento presenta conceptos clave sobre el medio ambiente y la dinámica de sistemas. Define el medio ambiente y explica el enfoque científico reduccionista y holístico. Introduce los conceptos de sistema, dinámica de sistemas y uso de modelos, incluyendo modelos de caja negra, caja blanca y modelos de regulación del clima terrestre.

1. UNIDAD 1: CONCEPTO DE MEDIO AMBIENTE
Y DINÁMICA DE SISTEMAS
* Medio ambiente: definición y alcance
* Uso de un enfoque científico:
reduccionismo y holismo
* Sistema y dinámica de sistemas
* Uso de modelos
* Modelos de sistemas caja negra
* Modelos de sistemas caja blanca
* Modelos de regulación del clima
terrestre

2. MEDIO AMBIENTE: DEFINICIÓN Y ALCANCE
Definición
“Es el 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 las Naciones Unidas sobre Medio Ambiente
(Estocolmo, 1972).

3. MEDIO AMBIENTE: DEFINICIÓN Y ALCANCE
• EFECTO DOMINÓ
• Cualquier intervención en el medio natural provoca una serie de
reacciones en cadena sobre todos los componentes del medio
ambiente.
http://youtu.be/bXvr9kvZjOY
• Los problemas del medio ambiente no se pueden contemplar de
forma aislada. Para estudiar las variables implicadas en un
problema ambiental hay que tener en cuenta sus interrelaciones y
las repercusiones en cadena.

4. MEDIO AMBIENTE: DEFINICIÓN Y ALCANCE
El estudio del medio ambiente requiere de la participación de distintas disciplinas
ESTUDIO sic
a
y
quí
m
ic
a
Geología
Eco
nom
ía
INTERDISCIPLINAR
gía Fí
Ecolo
Derecho Matemáticas

5. 2
USO DE UN ENFOQUE CIENTÍFICO: REDUCCIONISMO Y HOLISMO
Enfoque reduccionista
Divide el objeto de estudio en
Divide el objeto de estudio en
componentes más simples.
componentes más simples.
Enfoque holístico
Estudia el todo o la globalidad yylas
Estudia el todo o la globalidad las
relaciones entre sus partes.
relaciones entre sus partes.
Tipos de enfoque
científico

6. USO DE UN ENFOQUE CIENTÍFICO: REDUCCIONISMO Y HOLISMO
Enfoque reduccionista (método analítico)
Divide el objeto de estudio en componentes más simples.
Divide el objeto de estudio en componentes más simples.
Funciona en ciencias en las que la disección yyel análisis
Funciona en ciencias en las que la disección el análisis
son suficientes para explicar los procesos.
son suficientes para explicar los procesos.
Pierde validez para objetos de estudio en los que sus
Pierde validez para objetos de estudio en los que sus
piezas interactúan
piezas interactúan

7. USO DE UN ENFOQUE CIENTÍFICO: REDUCCIONISMO Y HOLISMO
Enfoque holístico (método sintético)
Estudia el todo o la globalidad yylas relaciones entre sus partes.
Estudia el todo o la globalidad las relaciones entre sus partes.
Pone de manifiesto las propiedades emergentes (están
Pone de manifiesto las propiedades emergentes (están
ausentes en el estudio de las partes por separado)
ausentes en el estudio de las partes por separado)

8. SISTEMAS Y DINÁMICA DE SISTEMAS
es Es un conjunto de partes operativamente
SISTEMA
interrelacionadas, es decir, un conjunto en el
que unas partes actúan sobre otras y del que
interesa considerar el comportamiento global.
Es más
Es más
importante que
importante que Aparecen las
Aparecen las
la suma de sus
la suma de sus llamadas
llamadas
partes
partes propiedades
propiedades
emergentes
emergentes
Se estudia mediante la
Se estudia mediante la
Teoría de sistemas
Teoría de sistemas
dinámicos oodinámica
dinámicos dinámica
de sistemas
de sistemas
Usa Enfoque holístico
Observar y analizar
Se basa en
relaciones e interrelaciones
usando modelos

9. USO DE MODELOS
2
es Es un objeto que representa a otro. Se usa
MODELO
como instrumento que ayuda a responder
preguntas acerca de un aspecto de la realidad
que sería el sistema concreto.
• La primera regla para la elaboración de
modelos es tender a la simplicidad.
• La segunda escoger las variables
adecuadas para el estudio.
Reglas para elaborar
modelos

10. USO DE MODELOS
Modelos mentales Lo que guardamos en nuestra mente
son modelos mentales subjetivos
Tipos de
modelos
Modelos formales
Son modelos matemáticos, útiles para representar
la realidad de una forma más concreta y precisa

11. MODELOS DE SISTEMAS CAJA NEGRA
Los modelos de sistema de caja negra solo reflejan las
entradas y las salidas de materia, energía o
información, es decir, sus intercambios con el entorno.
Entradas SISTEMA Salidas
•Sólo nos fijamos en las entradas y salidas de:
– Materia
– Energía
– Información
• Es importante marcar sus fronteras o límites, saber que
está fuera y qué está dentro

12. MODELOS DE SISTEMAS CAJA NEGRA
SISTEMAS CAJA NEGRA
Pueden ser
ABIERTOS CERRADOS AISLADOS
Se producen entradas y No hay intercambio de No hay intercambio ni de
salidas de materia y materia, pero si de materia, ni de energía
energía energía

13. MODELOS DE SISTEMAS CAJA NEGRA
e
elo d aja
od a c
M m
te
sis negra
Tiene que cumplir
Principios
termodinámic
os

14. MODELOS DE SISTEMAS CAJA NEGRA
1ª ley de la Conservación de la energía
termodinámica
La energía no se crea ni se
La energía no se crea ni se
destruye sólo se transforma
destruye sólo se transforma
SISTEMA
E saliente
E entrante
Energía
almacenada
E entrante = E almacenada + E saliente

15. MODELOS DE SISTEMAS CAJA NEGRA
2ª ley de la La entropía
termodinámica La tendencia natural es que
La tendencia natural es que
la energía pase de una forma
la energía pase de una forma
más concentrada yycon
más concentrada con
mayor orden a otra forma
mayor orden a otra forma
más dispersa yycon menor
más dispersa con menor
orden
orden
Entropía: magnitud que
Entropía: magnitud que
mide la parte no
mide la parte no
utilizable de la energía
utilizable de la energía
contenida en un
contenida en un
sistema
sistema

16. MODELOS DE SISTEMAS CAJA NEGRA
2ª ley de la La entropía
termodinámica
Consecuencia
Consecuencia

17. MODELOS DE SISTEMAS CAJA NEGRA
2ª ley de la La entropía
termodinámica
¿Lo cumplen los seres vivos?
Mantienen su baja entropía interior
C
Vapor O degradando azúcares en la
2 respiración, a base de expulsar al
de entorno calor y moléculas de
agua elevada entropía.
Rebajan su entropía a base
Baja de aumentar la del entorno
entropía
l or
Ca

18. MODELOS DE SISTEMAS CAJA NEGRA
2ª ley de la La entropía ¿Lo cumplen los seres vivos?
termodinámica

19. MODELOS DE SISTEMAS CAJA NEGRA
2ª ley de la La entropía
termodinámica
En las cadenas energéticas para
concentrar energía se ha de
consumir energía

20. MODELOS DE SISTEMAS CAJA BLANCA
Se usan cuando lo que nos interesa es conocer los aspectos internos
de un sistema y las relaciones causales que se
establecen entre los componentes del sistema
A B
Entradas D
Salidas
C E
• Lo que observamos es el interior del sistema
• Las variables se unen entre sí mediante interacciones formando un
diagrama causal
• Las relaciones causales son las conexiones que existen entre las
variables

21. MODELOS DE SISTEMAS CAJA BLANCA
Relación Conexiones causa-efecto entre las variables
causal
Simples Directas
Influencia de un Inversas
elemento sobre otro
TIPOS Encadenadas
Complejas
Acción de un Retroalimentación positiva
elemento sobre
otro, y este último
actúa sobre el
primero Retroalimentación negativa

22. MODELOS DE SISTEMAS CAJA BLANCA
Relación
Simples Directas
causal
En las que un aumento de A causa un aumento de B
y una disminución de A causa una disminución de B.
Se indica mediante un signo + sobre la flecha
A + B A + B

23. MODELOS DE SISTEMAS CAJA BLANCA
Relación
Simples Inversas
causal
En las que un aumento de A causa una disminución de B y
viceversa. Se indica mediante un signo - sobre la flecha
A - B A - B

24. MODELOS DE SISTEMAS CAJA BLANCA
Relación
Simples Encadenadas
causal
Son cambios en cadena positivos o negativos o de diferentes
signos.
Para resumir se reducen a una sola relación

25. MODELOS DE SISTEMAS CAJA BLANCA
Relación
Simples Encadenadas
causal

26. MODELOS DE SISTEMAS CAJA BLANCA
Relación
Simples Encadenadas
causal

27. MODELOS DE SISTEMAS CAJA BLANCA
Relación Bucles de realimentación o retroalimentación:
causal
Complejas la acción de un elemento sobre otro hace que a
su vez este último actúe sobre el primero
+ Retroalimentación positiva
• Cuando una variable aumenta, otra aumenta, lo que
hace que aumente a su vez la primera
A
A + B
B
• La causa aumenta el efecto y el efecto aumenta la
causa
+
• Esto provoca un crecimiento
incontrolado del sistema y continuará
mientras el entrono lo permita.
• Comportamiento explosivo  desestabilización del sistema Curva exponencial en J

28. MODELOS DE SISTEMAS CAJA BLANCA
Relación
causal
Complejas Retroalimentación negativa
+
• Cuando una variable aumenta y la otra también,
pero esta última hace que la primera disminuya
A
A - B
B
• Al aumentar la causa aumenta el efecto, y el
aumento del efecto amortigua la causa.
-
•Este tipo de bucles tienden a
estabilizar el sistema por eso se llaman
estabilizadores u homeostáticos
Curva exponencial descendente y
extinción de la población

29. MODELOS DE SISTEMAS CAJA BLANCA
Relación
causal
Complejas • Lo normal es que los sistemas se regulen por ambos bucles
Potencial biótico (r)
• Es el resultado combinado de ambos bucles sobre el tamaño de la población:
• r = TN – TM
– Si r > 0  TN >TM  la población crece
– Si r < 0  TN < TM  La población decrece
– Si r = 0  TN = TM  equilibrio dinámico, crecimiento cero o estado
estacionario.

30. MODELOS DE SISTEMAS CAJA BLANCA
Relación
causal
Complejas
Potencial biótico (r) – Si r = 0  TN = TM  equilibrio dinámico, crecimiento cero o estado
estacionario.
 Crecimiento cero  se corresponde con curva sigmoidea o logística
 Se alcanza la capacidad de carga: máximo nº de individuos que se pueden
mantener en determinadas condiciones ambientales

31. MODELOS DE SISTEMAS CAJA BLANCA
Pasos para modelar un sistema
1 4
3
2
Con unhace la variablesmatemático con
Se objetivo y a partir de la observación
Se unen un modelo con flechas que
Se estudia el comportamiento futuro a partir
1
4
3
2 representanylasse forma unymodelo mentalla
de la realidad relaciones se valida con
símbolos ecuaciones diferenciales que
de una determinadas condiciones
determinan losyposibles comportamientos
(hipótesis elección de variables)
realidad

32. MODELOS DE REGULACIÓN DEL CLIMA TERRESTRE
LA TIERRA COMO SISTEMA DE CAJA NEGRA
Sistema de caja negra solo reflejan las CERRADO
entradas y las salidas de materia, energía o No hay intercambio de
información, materia, pero si de energía
• Energía que entra: la radiación
electromagnética solar.
Mayoritariamente luz visible.
• Energía que sale: radiación
reflejada y radiación infrarroja
(calor de la superficie terrestre)
• La tierra en equilibrio dinámico
autorregula su temperatura:
media de unos 15 º C

33. MODELOS DE REGULACIÓN DEL CLIMA TERRESTRE
LA TIERRA COMO SISTEMA DE CAJA BLANCA
En un sistema de caja blanca nos interesa Se forma por la interacción
conocer los aspectos internos de varios subsistemas
ATMÓSFERA Envoltura
de gases que rodea la
Tierra
BIOSFERA
Es la cubierta de vida
HIDROSFERA
Capa de agua que hay
en la Tierra, en sus CRIOSFERA
diferentes formas, Capa de agua
subterránea, helada
superficial, dulce,
salada, líquida
GEOSFERA
Es la capa sólida de la Tierra, es la más
voluminosa y con los materiales más densos

34. MODELOS DE REGULACIÓN DEL CLIMA TERRESTRE
LA TIERRA COMO SISTEMA DE CAJA BLANCA
El comportamiento y evolución del sistema climático (S) es el
resultado de la interacción (U) entre los subsistemas que componen
la máquina climática:
S=AUHUGUBUC

35. MODELOS DE REGULACIÓN DEL CLIMA TERRESTRE
LA TIERRA COMO SISTEMA DE CAJA BLANCA
Predicciones meteorológicas de días u horas: S = A
Predicciones de 1 a 10 años:
S=AUHUG
Predicciones de 10 a 100 años:
S=AUHUGUBUC
Predicciones a más largo plazo:
distribución mares/océanos;
variaciones de la órbita terrestre,…

36. MODELOS DE REGULACIÓN DEL CLIMA TERRESTRE
LA TIERRA COMO SISTEMA DE CAJA BLANCA
Efecto
invernadero y su
es
incremento
ion
as
cc
tic
Nu
a
er
be
imá
7 Volcanes
Int
Variación de la
radiación solar
s
cl
t mo
Efe
sf
Po
ct
éric
o
lvo
a
o al
bed
o
Influencia de la
biosfera

37. MODELOS DE REGULACIÓN DEL CLIMA TERRESTRE
LA TIERRA COMO SISTEMA DE CAJA BLANCA
Efecto
invernadero y su
incremento
Se produce en la troposfera (12 km)
Gases: vapor de agua, CO2,
Metano y N2O
Estos gases son transparentes a
la radiación visible del Sol
Estos gases impiden que la
radiación infrarroja que emite la
Tierra al calentarse, escape, y es
devuelta hacia la superficie
Permite que la temperatura media de la Tierra
terrestre incrementando la tª de la
atmósfera sea de 15 º C, posibilitando la presencia
del agua líquida que permite la vida

38. MODELOS DE REGULACIÓN DEL CLIMA TERRESTRE
LA TIERRA COMO SISTEMA DE CAJA BLANCA
Efecto
invernadero y su
incremento
El incremento del efecto
invernadero consiste en un aumento
desmesurado de los gases de
efecto invernadero
Lo que produce un excesivo
calentamiento de la atmósfera
Originado por la deforestación,
la quema de combustibles
fósiles (carbón, petróleo y gas
natural) y los incendios

39. MODELOS DE REGULACIÓN DEL CLIMA TERRESTRE
LA TIERRA COMO SISTEMA DE CAJA BLANCA
Efecto albedo
• Es el % de radiación solar
reflejada por la Tierra del total de
la que incide procedente del Sol
• Depende del color de la superficie
reflectora: Cuanto más clara más
cantidad de luz se refleja
• Mayor Albedo => Menor Temperatura
http://www.educapoles.org/multimedia/animation_detail/why_is_it_cold_at_the_poles/

40. MODELOS DE REGULACIÓN DEL CLIMA TERRESTRE
LA TIERRA COMO SISTEMA DE CAJA BLANCA
Nubes Doble acción sobre el clima:
Incrementan el albedo reflejando radiación (Bajas)
Incrementan el efecto invernadero devolviendo radiación infrarroja (Altas)
Radiación solar
incidente
Gases efecto + Efecto invernadero Superficie helada
invernadero + + -
+ + +
+ Temperatura
+
- - Albedo
Nubes
+
Los dos bucles positivos propician un equilibrio dinámico que puede romperse si las
condiciones ambientales cambian  imposible el retorno.
Ejemplos: Marte evolucionó hacia un clima frío, Venus hacia el incremento del efecto
invernadero

41. MODELOS DE REGULACIÓN DEL CLIMA TERRESTRE
LA TIERRA COMO SISTEMA DE CAJA BLANCA
Nubes
Marte:
Temperatura media de -10ºC. En los polos hasta -160ºC
Agua y dióxido de carbono congelados.
Marcas de ríos en su superficie.
Su lejanía al Sol y sin efecto invernadero
Venus:
Temperatura media de 484ºC
Su cercanía al sol  elevada temperatura  gruesa capa de nubes 
fuerte incremento del efecto invernadero  el agua se evaporó

42. MODELOS DE REGULACIÓN DEL CLIMA TERRESTRE
LA TIERRA COMO SISTEMA DE CAJA BLANCA
Polvo
atmosférico
Volcanes, meteoritos, incendios, contaminación, explosiones nucleares 
inyectan polvo y partículas a la atmósfera.
Aumentan el albedo  enfrían la atmósfera

43. MODELOS DE REGULACIÓN DEL CLIMA TERRESTRE
LA TIERRA COMO SISTEMA DE CAJA BLANCA
Volcanes
• Doble acción sobre el clima, dependiendo de los productos que emiten y la altura que alcancen
– Descenso térmico  emisiones de polvo y SO2. A corto plazo. Mayor efecto en las emisiones que
superan la tropopausa.
Radiación solar
– Incremento térmico  CO2  efecto menos evidente y más duradero
incidente
Gases efecto + Efecto invernadero Superficie helada
invernadero + + -
+ + +
+ Temperatura
+ +
- - Albedo
CO2 Nubes
+ +
+
+ Erupciones
+ Polvo y SO2 Radiación
volcánicas
reflejada
– Primero originan un descenso y luego un aumento de las temperaturas

44. MODELOS DE REGULACIÓN DEL CLIMA TERRESTRE
LA TIERRA COMO SISTEMA DE CAJA BLANCA
Variaciones
de la
radiación
solar Excentricidad de
la órbita terrestre
Periódicas
Ciclos astronómicos Inclinación del eje
de Milankovitch (oblicuidad)
Posición del
Graduales perihelio (precesión)
El Sol no siempre ha
emitido la misma
cantidad de energía

45. MODELOS DE REGULACIÓN DEL CLIMA TERRESTRE
LA TIERRA COMO SISTEMA DE CAJA BLANCA
Variaciones Ciclos astronómicos de Milankovitch
de la Periódicas Variaciones cíclicas de la temperatura en
radiación función de la cantidad de energía solar que
solar llega y de la parte de superficie terrestre que la
recibe
Se piensa que están relacionadas con las
glaciaciones, ya que la bajada la radiación hace
que disminuya la temperatura y se active el
bucle hielo-albedo

46. MODELOS DE REGULACIÓN DEL CLIMA TERRESTRE
LA TIERRA COMO SISTEMA DE CAJA BLANCA
Variaciones
de la
radiación
solar
Periódicas
Excentricidad de Inclinación del eje Posición del
la órbita terrestre (oblicuidad) perihelio (precesión)
De más circular a más Periodicidad de 41.000 años Periodicidad de 23.000 años
elíptica Actualmente es de 23º27’ Actualmente: la Tierra en el
Periodicidad: 100.000 años Determina variaciones en la perihelio: invierno en el
Más alargada la elipse  duración día/noche y de las hemisferio norte
más corta la estación cálida estaciones Veranos del perihelio: más
Eje vertical: 12 horas y sin calurosos. Inviernos del
estaciones afelio: más fríos
Hemisferio Sur: se suaviza
por influencia oceánica

47. MODELOS DE REGULACIÓN DEL CLIMA TERRESTRE
LA TIERRA COMO SISTEMA DE CAJA BLANCA
Variaciones
El Sol no siempre ha emitido la misma
de la Graduales cantidad de energía
radiación
solar
Según el principio de entropía, a medida que se va degradando su energía, se
va desprendiendo más calor.
Antes de aparecer la vida en la Tierra, la temperatura del Sol debió ser un
30% menor que la actual

48. MODELOS DE REGULACIÓN DEL CLIMA TERRESTRE
LA TIERRA COMO SISTEMA DE CAJA BLANCA
La Tierra es un
sistema homeostático
capaz de autorregular
su temperatura
Influencia de la
biosfera
La biosfera desempeña
un papel fundamental
en esta regulación
rebajando los niveles de
CO2 atmosférico

49. MODELOS DE REGULACIÓN DEL CLIMA TERRESTRE
LA TIERRA COMO SISTEMA DE CAJA BLANCA
Principales cambios de la atmósfera provocados por la biosfera
Influencia de la
biosfera
CO2
O3
N
O22
La fotosíntesis lo libera, primerola(20%)
La concentración elevada inicialoxida el Los seres fotosintéticos reducen sus niveles
La abundancia de O2 permitió formación Luego se difundió en la atmósfera hasta
Se eleva su nivel pordepósitos de de los (0,03%) y alcanzar un 21% materia orgánica
permitía formando las reacciones
Fe capa un efecto invernadero que se acumula en la
de la y el S de ozono que protege a Fe seres
los
seres vivos sobre óxidos nitrogenados hasta
compensaba la menor emisión del Sol (biomasa y combustibles fósiles)
vivos de la sedimentario permitiendo su
radiación UV,
llegar al 78% Posibilitó la proliferación de organismos
expansión en los continentes
aerobios
Los seres vivos también devuelven CO2 por la
respiración celular de forma más lenta

50. MODELOS DE REGULACIÓN DEL CLIMA TERRESTRE
LA TIERRA COMO SISTEMA DE CAJA BLANCA
Fotosíntesi
+
Fotosíntesi Influencia de la
ss
biosfera
Radiación solar
incidente
- Efecto invernadero Superficie helada
+ + -
+ + +
+ Temperatura
+
+
- - Albedo
+ CO2 Nubes
+ +
+ +
Erupciones + Polvo y SO2 Radiación
- reflejada
volcánicas
Almacenamiento
CO2