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Tema 1
Medio ambiente y teoría de sistemas
1Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
Definición de medio ambiente
Conferencia de la ONU para el Medio Ambiente humano.
Estocolmo 1972.
2Tema 1. Medio ambiente ...
Estudio del medio ambiente
 Las Ciencias de la Tierra y medioambientales estudian las
interacciones del planeta y de la b...
Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 4
Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 5
Ciencias
Ambientales
Hidrología
Edafología
Botánica
Política
ZoologíaMeteoro...
Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 6
Cuando tenemos un problema ambiental…..
- Nunca volvemos al estado original
...
Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 7
Supongamos que tenemos un problema en la ciudad.
En las copas de los árboles...
Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 8
Enfoques del estudio del medio ambiente
Punto de vista económico:
El medio a...
Diferencia entre el enfoque oficial y el ecológico
La ecología considera al ser humano como un
componente biótico del ecos...
Los diversos tipos de componentes influyen en el medio ambiente de modo
distinto:
1. Físicos: El relieve, la temperatura y...
11Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
Teoría general de sistemas
Un sistema (del griego sistema = conjunto o reunión)
es un conjunto de elementos que se relacio...
¿Qué es un sistema?
Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 13
Flujo de entrada
Flujo de salida
Límite del
sistema
Rel...
Los sistemas presentan las siguientes características:
1. Están formados por elementos.
2. Cada elemento tiene una función...
Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 15
Un sistema es más que la suma de
las partes, las interrelaciones entre
esta...
Esta forma de análisis mediante sistemas permite estudiar
fenómenos de distinta complejidad desde el funcionamiento de una...
Energía
almacenada
Los límites del sistema
Un sistema es una porción del
espacio y su contenido.
Todo sistema se encuentra...
Tipos de sistemas
Según los intercambios de materia y energía pueden diferenciarse tres
tipos de sistemas:
abiertos, cerra...
Sistemas abiertos:
Son aquellos que intercambian materia y energía con el exterior.
Todos los sistemas biológicos son sist...
•Una planta es un sistema abierto que toma materia por medio de sus raíces
y energía lumínica del sol para hacer la fotosí...
Sistemas cerrados:
Son los que sólo intercambian energía con el
exterior, no intercambian materia, sino que la reciclan.
E...
Sistemas aislados:
Son aquellos que no intercambian ni materia, ni energía con su
entorno. En realidad no existen este tip...
La energía de los sistemas
Cualquier sistema tiene que cumplir los principios de la termodinámica.
Según la 1ª ley o princ...
Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 24
La 2º ley dice que cualquier sistema tiende espontáneamente a un estado de
...
Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 25
Los seres vivos mantienen su organización y su elevada complejidad
degradan...
Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 26
El análisis de un sistema se puede abordar desde dos posibles enfoques:
Reduccionista o analítico.
Consisten dividir el ob...
Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 28
Reduccionismo
Trata de descomponer y analizar
las partes de un todo, buscan...
La representación de los sistemas. Los modelos
Estas representaciones se hacen mediante dibujos, esquemas o
expresiones ma...
Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 30
Para que resulten útiles en investigación, los modelos deben cumplir
unas d...
Modelado de un sistema
Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 31
Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 32
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Tipos de modelos
Mentales
Gráficos
Formales o matemáticos
De simulación por...
Modelos mentales
Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 34
Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 35
36Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
Modelos
gráficos
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Modelos
gráficos
Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 38
Modelo para determinar el plegamiento de estratos
Túnel de viento para simu...
Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 39
Modelos matemáticos
Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 40
Modelos de simulación
por ordenador
Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 41
Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 42
Modelo de la agitación térmica de un gas.
Modelos estáticos y dinámicos
Modelos estáticos.
Sus relaciones no dependen del comportamiento del sistema, sólo
analiza s...
Ejemplo: modelo depredador-presa
2221
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44Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
Modelos de caja negra y caja blanca
45Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
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Modelos de caja negra
Nos fijamos sólo en las entradas y salidas de energía, materia, e
información en el sistema, y no en...
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teóricos
Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 48
CO2
CO2
Energía
solar
Calor
Nutrientes
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nutrientes
Precipitació...
Modelo de caja blanca:
Estudiamos no sólo las entrada y las salidas del sistema,
sino también los elementos del sistema y ...
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LOS SISTEMAS AMBIENTALES
El medio ambiente es un sistema constituido por un
conjunto de factores físicos, químicos, biológ...
El medio ambiente se divide en sistemas menores o subsistemas que, a su
vez, contienen otros sistemas menores:
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Entre los sistemas humanos y los sistemas naturales se establecen
interacciones.
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Las Ciencias Medioambientales han surgido como base para
resolver estos problemas ambientales que nos aquejan.
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Relaciones entre los elementos de un sistema
Los elementos que forman los sistemas están
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Tipos de relaciones causales
Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 58
Relaciones
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Simples
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Relaciones causales simples
RELACIONES SIMPLES : Son cambios positivos o negativos representados
por una flecha que une am...
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Precipitaciones
Caudal de los
ríos+
Biomasa vegetal
Materia
orgánica+
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Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 61
El aumento de una de las
variables hace que aumente la
otra.
El aumento de ...
Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 62
Tala del bosque Erosión
+
Cantidad
suelo-
Vegetación Erosión
-
Cantidad
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En las relaciones complejas, también llamados bucles de
retroalimentación, las acciones de un elemento sobre otro
suponen ...
La variación de una variable en un sentido (aumento o disminución)
produce un cambio de otra variable en el mismo sentido ...
La variación de una variable en un sentido produce un cambio de otra
variable en el mismo sentido y ésta, a su vez, influy...
Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 66
Vegetación
Erosión
Cantidad
suelo
+
Cuando la última variable influye en la...
BUCLES DE REALIMENTACIÓN POSITIVA:
En este tipo de bucles, se provoca un crecimiento incontrolado del sistema y
continuará...
Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 68
Nuevas
carreteras
Nuevos
vehículos
Atascos
BUCLES DE REALIMENTACIÓN NEGATIVA:
Son aquellos en que un cambio en la variable A provoca un cambio en B y esta a su
vez a...
Sistemas propositivos:
Son sistemas programados para un propósito determinado. Son por ejemplo los
modelos que se utilizan...
Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 71
Deducir qué tipo de relaciones simples son las que siguen:
a) lluvia - caud...
Cambios en los sistemas
Para estudiar los sistemas con comodidad empleamos los
modelos (estáticos o dinámicos).
Objetivos:...
Sistemas estables (se mantienen en equilibrio):
Dominio de bucles negativos
Sistema inestables (efecto bola de nieve):
Dom...
Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 74
Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 75
El sistema está
descontrolado
El sistema tiende a
regularse
El sistematierra y sus fuentes de energía
El sistema Tierra está formado por 4 subsistemas:
1. BIOSFERA: Es la cubierta de...
Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 77
La Tierra es un SISTEMA ABIERTO respecto al intercambio de
energía:
• Recib...
Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 78
Ejemplos de diagramas causales
Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 79
Consumo de
alimentos
Peso
Población
Preparar...
NACIMIENTOS POBLACION MUERTES
+ +
-+
80Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
Variables: Lluvia, pastos, contaminación, agua, vacas y alimentación humana.
81Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
 Ej. PAU 2006 : En el texto aparecen una serie de términos
(calentamiento, sequía, humedales, CO2) que configuran un
bucl...
Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 83
?
Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 84
MODELOS DE REGULACIÓN DEL CLIMA
TERRESTRE
 LA TIERRA COMO SISTEMA DE CAJA NEGRA
85Tema 1. Medio ambiente y teoría de sist...
LATIERRACOMOSISTEMACAJABLANCA
86Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
EL EFECTO INVERNADERO
 Provocado por ciertos gases: vapor de agua, CO2, CH4, N2O.
87Tema 1. Medio ambiente y teoría de si...
EL EFECTO ALBEDO
 Porcentaje de la radiación solar reflejada por la tierra,
del total de energía solar que recibe.
88Tema...
Las nubes
 Doble acción:
 Aumentan el albedo.
 Incrementan el efecto invernadero.
 Su acción depende de la altura de l...
Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 90
Modelo funcionamiento del clima
Dosbuclesantagónicos:Equilibriodinámico
Polvo atmosférico
 Provocado por:
- Emisiones volcánicas
- Meteoritos
- Contaminación
atmosférica
91Tema 1. Medio ambient...
VOLCANES
 También pueden provocar
un doble efecto:
Descenso de la Tª:
Al inyectar polvo.
Aumento de la Tª:
Por las emisio...
VARIACIONESDE LA RADIACIÓNSOLAR
 Excentricidad de la órbita
 Inclinación del eje
 Posición del perihelio
93Tema 1. Medi...
INFLUENCIA DE LA BIOSFERA
VIDA PRECÁMBRICO
94Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
EVOLUCIÓN DE LA ATMÓSFERA
95Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
INFLUENCIA DE LA BIOSFERA
 Reducción de los niveles de CO2: transformación
en materia orgánica y almacenaje en
combustibl...
97Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
Elaboraundiagramacausalodeflujocon lossiguienteselementos(agua,vegetación, efecto
invernadero,dióxidodecarbono,temperatura...
1. Los modelos A y B representan dos posibles
consecuencias de un aumento de las precipitaciones en una
cuenca hidrográfic...
A) Los dos modelos presentan retroalimentación positiva. En ambos, una
perturbación produce cambios que amplían progresiva...
101Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
Los pueblos de la costa mediterránea están sufriendo una fuerte presión urbanística
que ha provocado importantes impactos ...
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  1. 1. Tema 1 Medio ambiente y teoría de sistemas 1Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
  2. 2. Definición de medio ambiente Conferencia de la ONU para el Medio Ambiente humano. Estocolmo 1972. 2Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas “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.”
  3. 3. Estudio del medio ambiente  Las Ciencias de la Tierra y medioambientales estudian las interacciones del planeta y de la biosfera, e intentan dar respuesta a los problemas de nuestro mundo y buscar soluciones.  Es una disciplina integradora, abierta y sintética, que aúna diversos conocimientos.  Intervienen disciplinas tan diferentes como: Ecología, Economía, Sociología, Derecho, Biología, Geología, Física, Química, Matemáticas, Ingeniería, Arquitectura, Medicina y Geografía. 3Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
  4. 4. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 4
  5. 5. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 5 Ciencias Ambientales Hidrología Edafología Botánica Política ZoologíaMeteorología Economía Ingeniería Derecho Una ciencia interdisciplinar…..
  6. 6. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 6 Cuando tenemos un problema ambiental….. - Nunca volvemos al estado original - Malas soluciones - Lentas CONCLUSIÓN................ QUE NO SE PRODUZCA LA ATERACIÓN........... Y para eso es muy importante….. EDUCACIÓN AMBIENTAL
  7. 7. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 7 Supongamos que tenemos un problema en la ciudad. En las copas de los árboles de plazas, parques, avenidas y jardines ha aparecido una variedad de mosca que se reproduce con gran facilidad y que afecta al sistema conductor de casi todas las especies de árboles. • Enumera posibles soluciones al problema. • ¿Las soluciones propuestas pueden tener otras consecuencias que agraven o inicien otro problema?
  8. 8. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 8 Enfoques del estudio del medio ambiente Punto de vista económico: El medio ambiente es una fuente de recursos naturales, un soporte de actividades productivas y un receptor de desechos y residuos. Punto de vista administrativo operativo: Sistema constituido por el hombre, la flora, la fauna, el suelo, el aire, el agua, el clima, el paisaje, los bienes materiales, el patrimonio cultural y las interacciones entre todos estos factores. Punto de vista ecológico: Suma de todos los factores físicos y biológicos que actúan sobre un individuo, una población o comunidad, es decir incluyen el entorno vital. (Al hablar de individuo no se refiere necesariamente a seres humanos).
  9. 9. Diferencia entre el enfoque oficial y el ecológico La ecología considera al ser humano como un componente biótico del ecosistema y el ambiente como un factor abiótico, estudia las interacciones entre todos los componentes. El concepto oficial está más encaminado al tema productivo, económico, de recursos.... Es más antropocéntrico, aunque tiene en cuenta al resto de los seres vivos. Es un enfoque menos global que el ecológico. 9Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
  10. 10. Los diversos tipos de componentes influyen en el medio ambiente de modo distinto: 1. Físicos: El relieve, la temperatura y la presencia de agua son los principales factores físicos que determinan las características ambientales. 2. Químicos: La salinidad, el pH del agua, la concentración del oxígeno y dióxido de carbono, etc. que favorecen o impiden el desarrollo de determinados seres vivos. 3. Biológicos: Los seres vivos establecen distintos tipos de relaciones entre ellos principalmente de tipo alimentario. La supervivencia de una especie depende de los seres vivos de los que se alimenta. 4. Sociales y culturales: Este grupo de factores es exclusivo de la especie humana. La forma de vida de los seres humanos influye tanto sobre las personas como sobre los otros seres vivos que les rodean. Por ejemplo, el asentamiento de núcleos urbanos en zonas antiguamente rurales implica cambios en las actividades humanas y en los hábitos de vida que condicionan también a la vegetación y la fauna. 10Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
  11. 11. 11Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
  12. 12. Teoría general de sistemas Un sistema (del griego sistema = conjunto o reunión) es un conjunto de elementos que se relacionan entre sí para llevar a cabo una o varias funciones. En un sistema nos interesa el comportamiento global. Pueden considerarse sistemas un ordenador, un automóvil, un ser vivo, etc. 12Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
  13. 13. ¿Qué es un sistema? Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 13 Flujo de entrada Flujo de salida Límite del sistema Relaciones Elementos del sistema
  14. 14. Los sistemas presentan las siguientes características: 1. Están formados por elementos. 2. Cada elemento tiene una función específica en el sistema y se relaciona con los demás elementos. 3. Los elementos interaccionan para desempeñar una o varias funciones, superiores a la suma de las partes, que reciben el nombre de propiedades emergentes. (Sinergia) 4. Los sistemas no están aislados, hasta ellos llegan energía y materia necesarias para su funcionamiento. Además reciben información del exterior del sistema que desencadena su actividad. 5. Los sistemas también producen materia y emiten energía e información, como resultado de la función que desempeñan. 14Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
  15. 15. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 15 Un sistema es más que la suma de las partes, las interrelaciones entre estas provocan la formación de propiedades emergentes, que no se aprecian en el estudio de las partes por separado
  16. 16. Esta forma de análisis mediante sistemas permite estudiar fenómenos de distinta complejidad desde el funcionamiento de una célula hasta el planeta Tierra 16Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas Los sistemas más complejos están constituidos a su vez por subsistemas, y estos, a su vez, por componentes más sencillos
  17. 17. Energía almacenada Los límites del sistema Un sistema es una porción del espacio y su contenido. Todo sistema se encuentra dentro de una superficie cerrada que lo separa del resto del Universo. La superficie es el límite del sistema y puede ser real, como la membrana de una célula, o ficticia, como el límite que se establece en una charca o en un encinar. 17Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas Energía entrante Energía saliente
  18. 18. Tipos de sistemas Según los intercambios de materia y energía pueden diferenciarse tres tipos de sistemas: abiertos, cerrados y aislados. 18Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
  19. 19. Sistemas abiertos: Son aquellos que intercambian materia y energía con el exterior. Todos los sistemas biológicos son sistemas abiertos, para mantenerse vivo el sistema debe tomar energía y materia del exterior, también debe liberar materia y energía (calor) que se genera en los procesos químicos como la respiración. 19Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
  20. 20. •Una planta es un sistema abierto que toma materia por medio de sus raíces y energía lumínica del sol para hacer la fotosíntesis, de la planta sale materia en forma de gases durante la respiración y la fotosíntesis y energía calorífica durante la respiración. •Una planta está constituida por células cuyas propiedades emergentes consisten en cumplir las funciones vitales de nutrición, relación y reproducción. •Otros ejemplos de sistemas abiertos son: un bosque, una pecera, un río, una ciudad, etc. Así en una ciudad entra energía y materia prima y sale energía en forma de calor y materiales en forma de desechos y productos manufacturados. 20Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
  21. 21. Sistemas cerrados: Son los que sólo intercambian energía con el exterior, no intercambian materia, sino que la reciclan. Es el caso de un ordenador que recibe energía eléctrica y emite energía calorífica y lumínica, pero la materia que lo compone es constante. El Sistema Planeta Tierra es considerado como un sistema que recibe continuamente energía procedente del sol, energía electromagnética (luz, etc.) y que emite al espacio energía en forma de calor (energía infrarroja), pero apenas intercambia materia con el exterior, si despreciamos la entrada de materiales procedentes de los meteoritos dada su poca masa relativa. (Si tenemos en cuenta esta masa que nos llega del espacio será un sistema abierto) 21Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
  22. 22. Sistemas aislados: Son aquellos que no intercambian ni materia, ni energía con su entorno. En realidad no existen este tipo de sistemas, por tanto, son sistemas teóricos que se utilizan con el fin de simplificar cuando se estudian sistemas de grandes dimensiones (macrosistemas) como por ejemplo el Sistema Solar. 22Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
  23. 23. La energía de los sistemas Cualquier sistema tiene que cumplir los principios de la termodinámica. Según la 1ª ley o principio de la conservación de la energía: la energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma. En cualquier sistema la energía que entra será igual a la energía almacenada más la energía que sale. 23Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas SISTEMA E entrante E saliente E entrante = E almacenada + E saliente Energía almacenada
  24. 24. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 24 La 2º ley dice que cualquier sistema tiende espontáneamente a un estado de máximo desorden. La entropía es una medida del desorden de un sistema. En los sistemas vivos, la biosfera o el sistema Tierra que poseen un orden elevado la entropía es baja y la energía está más concentrada. Por el contrario, en sistemas desordenados la energía está muy dispersa y la entropía es elevada. Esta energía se disipa en forma de calor y no puede utilizarse para realizar trabajo.
  25. 25. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 25 Los seres vivos mantienen su organización y su elevada complejidad degradando azúcares en la respiración, con lo que expulsan al entorno materia oxidada ( con una alta entropía) y calor (energía). Son sistemas abiertos que rebajan su entropía y mantienen su organización y complejidad aumentando la del entorno.
  26. 26. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 26
  27. 27. El análisis de un sistema se puede abordar desde dos posibles enfoques: Reduccionista o analítico. Consisten dividir el objeto de estudio en sus componentes más simples y observarlos y estudiarlos por separado. Es insuficiente para abordar los estudios de las ciencias de la Tierra, aunque es útil para muchas disciplinas científicas. Holístico o sintético. Estudia el todo o la globalidad y las relaciones entre sus partes sin detenerse en los detalles. Pone de manifiesto las propiedades emergentes de los sistemas, resultantes del comportamiento global y de las relaciones de los componentes. Ej: Las piezas de un reloj por separado no tienen la propiedad de dar la hora; sin embargo, el reloj montado como un todo, sí. Reduccionismo y holismo 27Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
  28. 28. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 28 Reduccionismo Trata de descomponer y analizar las partes de un todo, buscando «lo más pequeño». (Método analítico) Holismo Consiste en analizar la totalidad, la globalidad de un sistema. (Método sintético) Ambos enfoques son complementarios y deben apoyarse mutuamente para obtener la imagen más ajustada a la realidad.
  29. 29. La representación de los sistemas. Los modelos Estas representaciones se hacen mediante dibujos, esquemas o expresiones matemáticas. Hay diversos tipos de modelos en uso y difieren entre ellos según el propósito que se persiga. La diversidad va desde el más básico modelo físico como ser una estatua o maqueta, hasta modelos muy complicados que sólo pueden utilizarse empleando herramientas informáticas muy poderosas. 29Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas Los sistemas suelen representarse mediante modelos. Un modelo es una representación simplificada de la realidad, que se elabora para facilitar su comprensión y estudio, que permiten ver de forma clara y sencilla las distintas variables y las relaciones que se establecen entre ellas.
  30. 30. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 30 Para que resulten útiles en investigación, los modelos deben cumplir unas determinadas condiciones: 1. Han de ser menos complicados y de más fácil manejo que las situaciones reales. 2. Deben representar la realidad con la mayor fidelidad posible y al mismo tiempo han de ser manejables. Así un modelo muy simplificado se aleja de la realidad, pero se acerca a la generalidad y es de fácil manejo; por el contrario, un modelo muy preciso se encuentra muy próximo a la realidad concreta, pero su utilización puede resultar compleja. El predominio de una u otra de estas características dependerá de la utilización que queramos hacer del modelo.
  31. 31. Modelado de un sistema Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 31
  32. 32. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 32
  33. 33. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 33 Tipos de modelos Mentales Gráficos Formales o matemáticos De simulación por ordenador
  34. 34. Modelos mentales Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 34
  35. 35. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 35
  36. 36. 36Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas Modelos gráficos
  37. 37. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 37 Modelos gráficos
  38. 38. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 38 Modelo para determinar el plegamiento de estratos Túnel de viento para simular condiciones de deslizamiento de un esquiador
  39. 39. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 39 Modelos matemáticos
  40. 40. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 40 Modelos de simulación por ordenador
  41. 41. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 41
  42. 42. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 42 Modelo de la agitación térmica de un gas.
  43. 43. Modelos estáticos y dinámicos Modelos estáticos. Sus relaciones no dependen del comportamiento del sistema, sólo analiza su estructura. Por ejemplo, una fórmula en la que se equiparan la altura y el diámetro de un árbol con su volumen. Modelos dinámicos. Describen el funcionamiento de los componentes del sistema a base de una serie de ecuaciones. Son más realistas que los estáticos. Por ejemplo, el modelo depredador-presa. 43Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
  44. 44. Ejemplo: modelo depredador-presa 2221 2111 ****/ ***/ NdNNPadtdN NNPNrdtdN 44Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
  45. 45. Modelos de caja negra y caja blanca 45Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas Es otra forma de utilizar modelos, atendiendo a lo que ocurre en el interior del sistema. Modelo de caja negra Interesan sólo las entradas y salidas de materia, energía e información en el sistema, y no los elementos e interacciones que suceden en el interior. Modelo de caja blanca Se tienen en cuenta las entradas y las salidas, así como las interacciones, las conexiones interiores y las relaciones entre los posibles subsistemas.
  46. 46. Modelos de caja negra Nos fijamos sólo en las entradas y salidas de energía, materia, e información en el sistema, y no en sus elementos ni en las interacciones que se establecen entre ellos. Por tanto, no interesan los elementos del sistema ni sus interacciones. Utilizando la tierra como un sistema de caja negra, podemos considerarla como un sistema en el que entra y sale energía, la energía que entra es radiación electromagnética (luz, etc.) y la energía que sale es radiación infrarroja (calor) procedente de la superficie terrestre. 46Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
  47. 47. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 47 teóricos
  48. 48. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 48 CO2 CO2 Energía solar Calor Nutrientes Lixiviado de nutrientes Precipitación Evapotranspiración
  49. 49. Modelo de caja blanca: Estudiamos no sólo las entrada y las salidas del sistema, sino también los elementos del sistema y sus interacciones. Lo primero que hay que hacer es marcar las variables que lo componen y unirlas con flechas que las relacionen entre sí. Al diseñar un modelo debemos tener cuidado de incluir solamente las variaciones que sean estrictamente necesarias, ya que si aumenta mucho su número, se pierde claridad debido al complejo de entramado de las flechas que unen variables. 49Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
  50. 50. 50Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
  51. 51. 51Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
  52. 52. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 52
  53. 53. LOS SISTEMAS AMBIENTALES El medio ambiente es un sistema constituido por un conjunto de factores físicos, químicos, biológicos, sociales y culturales que se relacionan entre sí, de modo que un cambio en un factor repercute en los otros. Los factores que intervienen en el medio ambiente son las variables de este sistema. La energía del sistema es la del Sol y la materia está contenida en la Tierra. 53Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
  54. 54. El medio ambiente se divide en sistemas menores o subsistemas que, a su vez, contienen otros sistemas menores: 54Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas Sistemas Naturales: Son los cuatro subsistemas o capas de la Tierra: geosfera, hidrosfera, atmósfera y biosfera. Sistemas Humanos: Constituidos por los seres humanos y las relaciones sociales que se establecen entre ellos, así como las actividades que desarrolla. Los elementos de estos sistemas son por ejemplo los lugares de trabajo, los colegios, el transporte, etc.
  55. 55. Entre los sistemas humanos y los sistemas naturales se establecen interacciones. 55Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas A veces la actividad humana repercute de forma negativa como consecuencia del desarrollo de los países: Sobreexplotación de los recursos, la deforestación, contaminación, etc.. La naturaleza también puede afectar negativamente a la especie humana: Los desastres naturales.
  56. 56. Las Ciencias Medioambientales han surgido como base para resolver estos problemas ambientales que nos aquejan. Para ello se hace necesario conocer el funcionamiento de los diferentes sistemas que constituyen el sistema Tierra y profundizar en el estudio de las relaciones de ellos con la especie humana, que pueden enfocarse bajo tres aspectos:  Riesgos derivados de su dinámica.  Recursos que nos proporcionan.  Impactos que reciben por la acción antrópica. 56Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
  57. 57. Relaciones entre los elementos de un sistema Los elementos que forman los sistemas están relacionados entre sí y funcionan de forma coordinada. Los elementos que pueden variar en función de otros se denominan variables. Las relaciones entre las variables de un sistema pueden ser de dos tipos: 1. Relaciones causales simples 2. Relaciones causales complejas 57Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
  58. 58. Tipos de relaciones causales Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 58 Relaciones causales Simples Directas Inversas Encadenadas Complejas Retroalimentación positiva Retroalimentación negativa
  59. 59. Relaciones causales simples RELACIONES SIMPLES : Son cambios positivos o negativos representados por una flecha que une ambas variables. El signo se coloca sobre la flecha. 1. DIRECTAS O POSITIVAS: El cambio de una variable provoca un cambio en la otra del mismo signo. Si una aumenta la otra también. Alcohol y Accidentes de tráfico Pendiente – velocidad del agua 2. INVERSAS O NEGATIVAS: El cambio en una variable provoca un cambio en sentido inverso en la otra. Uso de cinturón de tráfico y muertes en accidentes Reforestación – erosión del suelo Contaminación – Vida en el medio 59Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
  60. 60. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 60 Precipitaciones Caudal de los ríos+ Biomasa vegetal Materia orgánica+ Contaminación Número de peces- Biomasa vegetal Impacto de la lluvia-
  61. 61. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 61 El aumento de una de las variables hace que aumente la otra. El aumento de materia orgánica en un lago hace que aumente el número de microorganismos El aumento de una de las variables hace que disminuya la otra. El aumento microorganismos que utilizan oxígeno para respirar provoca la disminución del oxígeno
  62. 62. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 62 Tala del bosque Erosión + Cantidad suelo- Vegetación Erosión - Cantidad suelo- Relaciones simples encadenadas: Formadas por una serie de variables unidas mediante flechas. Se pueden reducir a una sola relación, contando el número de relaciones negativas: Si es par o cero: Relación positiva Si es impar: Relación negativa Relación negativa entre tala y suelo Relación positiva entre vegetación y suelo
  63. 63. En las relaciones complejas, también llamados bucles de retroalimentación, las acciones de un elemento sobre otro suponen que, a su vez, éste actúe sobre el primero (modificación de una variable como consecuencia de sus propios efectos). Pueden ser: • Positivas • Negativas Relaciones complejas 63Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
  64. 64. La variación de una variable en un sentido (aumento o disminución) produce un cambio de otra variable en el mismo sentido y ésta, a su vez, influye de la misma manera sobre la primera. Tienen una acción de refuerzo sobre el proceso inicial (comportamiento explosivo o crecimiento descontrolado ). Relaciones complejas positivas 64Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas a b c d a – Investigación b – Desarrollo c – Biocombustibles d- Alimentos
  65. 65. La variación de una variable en un sentido produce un cambio de otra variable en el mismo sentido y ésta, a su vez, influye sobre la primera en sentido opuesto. Tienen una acción reguladora y estabilizan los sistemas en los que actúan (sistemas homeostáticos). Se consigue un estado de equilibrio dinámico. Relaciones complejas negativas 65Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas A B
  66. 66. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 66 Vegetación Erosión Cantidad suelo + Cuando la última variable influye en la primera, se habla de “feed-back o retroalimentación Feed back positivo (número par de relaciones negativas)  Crecimiento descontrolado
  67. 67. BUCLES DE REALIMENTACIÓN POSITIVA: En este tipo de bucles, se provoca un crecimiento incontrolado del sistema y continuará mientras el entrono lo permita. En un sistema encadenado puede haber relaciones negativas intermedias pero si son en número par el resultado final es positivo. 67Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas Población de conejos Daños al cultivo Venenos Zorros Evapo- transpiración Precipitación Biomasa vegetal
  68. 68. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 68 Nuevas carreteras Nuevos vehículos Atascos
  69. 69. BUCLES DE REALIMENTACIÓN NEGATIVA: Son aquellos en que un cambio en la variable A provoca un cambio en B y esta a su vez actúa sobre A modificándola en sentido inverso. Se mantiene un equilibrio en el sistema 69Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas Depredadores Presas __ +
  70. 70. Sistemas propositivos: Son sistemas programados para un propósito determinado. Son por ejemplo los modelos que se utilizan en la fabricación de los electrodomésticos o los que regulan el comportamiento de un organismo (Modelos cibernéticos). Estos sistemas son muy adecuados para regular los sistemas homeostáticos, manteniendo el equilibrio. La atmósfera y la biosfera también forman un sistema propositivo, ya que se autoregulan. 70Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
  71. 71. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 71 Deducir qué tipo de relaciones simples son las que siguen: a) lluvia - caudal de los ríos b) tala - erosión - calidad del suelo c) contaminación - vida d) masa vegetal - impacto gotas e) masa vegetal - materia orgánica f) población - tasa de natalidad g) construcción edificios - recursos naturales h) población - tasa de mortalidad i) concentración gases - efecto invernadero - temp. terrestre j) utilización de recursos - impactos
  72. 72. Cambios en los sistemas Para estudiar los sistemas con comodidad empleamos los modelos (estáticos o dinámicos). Objetivos: 1. Reproducir el comportamiento del sistema y realizar previsiones futuras. 2. Acotar límites (no se puede reproducir todo el sistema mediante el modelo). 3. Comprobar el efecto de las perturbaciones (naturales o no) en el comportamiento del sistema. 72Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
  73. 73. Sistemas estables (se mantienen en equilibrio): Dominio de bucles negativos Sistema inestables (efecto bola de nieve): Dominio de bucles positivos En la naturaleza hay ambos tipos de bucles, y en función del momento pueden dominar unos u otros 73Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
  74. 74. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 74
  75. 75. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 75 El sistema está descontrolado El sistema tiende a regularse
  76. 76. El sistematierra y sus fuentes de energía El sistema Tierra está formado por 4 subsistemas: 1. BIOSFERA: Es la cubierta de vida, es decir, el área ocupada por los seres vivos 2. ATMÓSFERA: Envoltura de gases que rodea la Tierra 3. HIDROSFERA: Es la capa de agua que hay en la Tierra, en sus diferentes formas, subterránea, superficial, dulce, salada, líquida, sólida 4. GEOSFERA: Es la capa sólida de la Tierra, es la más voluminosa y con los materiales más densos. Algunos autores consideran hablan de otros dos subsistemas, la CRIOSFERA (capa helada) y la SOCIOSFERA( el ser humano). 76Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
  77. 77. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 77 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 ºC. • 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.
  78. 78. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 78
  79. 79. Ejemplos de diagramas causales Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 79 Consumo de alimentos Peso Población Prepararse para un examen Oferta Demanda Resultado del examen Recursos per cápita
  80. 80. NACIMIENTOS POBLACION MUERTES + + -+ 80Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
  81. 81. Variables: Lluvia, pastos, contaminación, agua, vacas y alimentación humana. 81Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
  82. 82.  Ej. PAU 2006 : En el texto aparecen una serie de términos (calentamiento, sequía, humedales, CO2) que configuran un bucle de retroalimentación. Dibuja el diagrama y razona si la retroalimentación es positiva o negativa.  Con el problema del calentamiento global, los científicos han dicho que muchas en regiones se van a producir grandes sequías. Muchos humedales están en peligro por la extracción de agua para al agricultura y la selvicultura. Si se prolonga cualquiera de estas situaciones, los humedales se secarían y eso produciría un gran aumento de CO2 en la atmósfera que aceleraría el efecto invernadero. Si no protegemos los humedales y si no ratificamos el protocolo de Kioto para evitar el aumento de la sequía, podemos tener cambios climáticos mucho más extremos que lo que hemos conocido hasta ahora, 82Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
  83. 83. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 83 ?
  84. 84. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 84
  85. 85. MODELOS DE REGULACIÓN DEL CLIMA TERRESTRE  LA TIERRA COMO SISTEMA DE CAJA NEGRA 85Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
  86. 86. LATIERRACOMOSISTEMACAJABLANCA 86Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
  87. 87. EL EFECTO INVERNADERO  Provocado por ciertos gases: vapor de agua, CO2, CH4, N2O. 87Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
  88. 88. EL EFECTO ALBEDO  Porcentaje de la radiación solar reflejada por la tierra, del total de energía solar que recibe. 88Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
  89. 89. Las nubes  Doble acción:  Aumentan el albedo.  Incrementan el efecto invernadero.  Su acción depende de la altura de las nubes. 89Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
  90. 90. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 90 Modelo funcionamiento del clima Dosbuclesantagónicos:Equilibriodinámico
  91. 91. Polvo atmosférico  Provocado por: - Emisiones volcánicas - Meteoritos - Contaminación atmosférica 91Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
  92. 92. VOLCANES  También pueden provocar un doble efecto: Descenso de la Tª: Al inyectar polvo. Aumento de la Tª: Por las emisiones de CO2. 92Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
  93. 93. VARIACIONESDE LA RADIACIÓNSOLAR  Excentricidad de la órbita  Inclinación del eje  Posición del perihelio 93Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
  94. 94. INFLUENCIA DE LA BIOSFERA VIDA PRECÁMBRICO 94Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
  95. 95. EVOLUCIÓN DE LA ATMÓSFERA 95Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
  96. 96. INFLUENCIA DE LA BIOSFERA  Reducción de los niveles de CO2: transformación en materia orgánica y almacenaje en combustibles fósiles.  Aparición de 02 atmosférico.  Formación de la capa de ozono.  Aumento del nitrógeno atmosférico 96Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
  97. 97. 97Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
  98. 98. Elaboraundiagramacausalodeflujocon lossiguienteselementos(agua,vegetación, efecto invernadero,dióxidodecarbono,temperaturaatmosférica)enregionesáridasyrazonesisetratade unsistemaconretroalimentaciónpositivaonegativa.Usaestaconclusiónparadecidirsisetratade unsistemaestableoinestable. 98Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas Cantidad de agua Vegetación CO2 atmosférico Efecto invernadero Temperatura + ++ __ __
  99. 99. 1. Los modelos A y B representan dos posibles consecuencias de un aumento de las precipitaciones en una cuenca hidrográfica. • a) Decide, razonadamente, si A y B representan retroalimentación positiva o negativa. • b) Cita al menos dos factores que determinen el desarrollo de un modelo u otro. ¿Cómo actúan esos factores? • c) Propón dos acciones o medidas que favorezcan el modelo A. Explica cómo actuarían estas acciones. Aumento de precipitación Cubierta vegetal Infiltración Escorrentía Erosión 99Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
  100. 100. A) Los dos modelos presentan retroalimentación positiva. En ambos, una perturbación produce cambios que amplían progresivamente los efectos de la perturbación. B) Factores a tener en cuenta para el desarrollo de un modelo u otro: la cubierta vegetal previa al cambio en la precipitación, el tipo de suelos o la pendiente. Modo de actuación; por ejemplo: una escasa vegetación previa provocará un aumento de erosión antes de que pueda desarrollarse la vegetación. C) Dos medidas que favorecen al modelo A: reforestación, las prácticas agrícolas que favorezcan la infiltración y entorpezcan la erosión, o la adecuación del uso a cultivos que no dejen el suelo desnudo en época de lluvia. 100Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
  101. 101. 101Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
  102. 102. Los pueblos de la costa mediterránea están sufriendo una fuerte presión urbanística que ha provocado importantes impactos en el litoral. La escasez de infraestructuras de depuración unida al incremento de población genera vertidos de aguas residuales cargadas de materia orgánica que produce una sobrepoblación de medusas, contaminación de las aguas, y disminución de los recursos pesqueros en la zona. Urbanizaciones, Población, residuos, contaminación, impactos ambientales 102Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas
  103. 103. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 103
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