MEDIO AMBIENTE
Y
TEORÍA DE SISTEMAS
TEMA 1
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Departamento de Ciencias Naturales
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1. CONCEPTO DE MEDIO AMBIENTE
Conferencia de UN de Medio Ambiente. Estocolmo 72
Es el conjunto de componentes físicos,
quí...
2. ENFOQUE INTERDISCIPLINAR.
Las Ciencias Medioambientales constituyen una
disciplina de síntesis que integra aportaciones...
1. Rellena la tabla con ejemplos:
Componen.
físicos
Componen.
químicos
Componen.
biológicos
Compon.
sociales
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Muchos componentes (químicos, biológicos y sociales)
ligados que actúan sobre otros es decir interactúan.
Cualquier interv...
IMPORTANCIA DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
1. Los países desarrollados recelan del desarrollo económico
de los subdesarrollad...
3. Aproximación a la teoría
de sistemas
3.1. Concepto de sistema.
Enfoque reduccionista y
holístico
Enfoque reduccionista, mecanicista o analítico
Consiste en dividir o fragmentar nuestro objeto de
estudio en sus component...
El reduccionismo y el holismo:formas de
estudiar los sistemas
REDUCCIONISMO:
• Analiza el objeto en
sus partes más
simples...
CONCEPTO DE SISTEMA Y DINÁMICA DE
SISTEMAS
Un sistema es un conjunto de partes interrelacionadas.
De esas interrelaciones ...
3.2 Tipos de sistemas: abiertos,
cerrados y aislados.
Los sistemas suelen intercambiar materia, energía e
información con ...
3.2 Tipos de sistemas: abiertos, cerrados
y aislados.
Los sistemas suelen intercambiar materia, energía e
información con ...
3.3 Dinámica de sistemas
Para estudiar los sistemas se utiliza el enfoque
holístico, mediante una metodología conocida
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4. Realización de modelos
sencillos de la estructura de un
sistema ambiental natural
• Para el estudio de la dinámica de
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TIPOS DE MODELOS
A) Modelos mentales.
B) Modelo formal o matemático.
C) Modelo informal.
TIPOS DE MODELOS
A) Modelos mentales:
• Lo que guardamos en nuestra mente no
es la realidad, sino sus modelos mentales.
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B) MODELOS FORMALES
• Son modelos matemáticos que también
son aproximaciones a la realidad. Utilizan
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Ejemplo: modelo depredador-presa
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C) MODELOS INFORMALES
• Modelo que utiliza un lenguaje simbólico,
no formal.
• El más importante de los informales es el
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4.1. MODELO DE SISTEMAS DE CAJA
NEGRA
Se representa como si fuera una caja cerrada, dentro
de la cual no queremos mirar y ...
4.1. MODELO DE SISTEMAS DE CAJA
NEGRA
entradas
salidas
Modelos de sistema de caja negra
¡¡¡Los ecosistemas son
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En ellos continuamente entran y salen
cosas, aunque la apariencia general y la...
4.2. MODELO DE SISTEMAS DE CAJA
BLANCA
Cuando observamos el interior de un sistema,
estamos haciendo un enfoque de caja bl...
A
B
C
D
entradas
salida
Modelo de sistema de caja blanca
4.2. MODELO DE SISTEMAS DE CAJA
BLANCA
• Un sistema es algo COMPLEJO, mucho más
que la suma de sus partes, ya que de las
interacciones entre esas partes y del
co...
4.2. RELACIONES CAUSALES.
CONCEPTO
Un sistema es un conjunto de elementos que
interactúan entre sí según toda una serie de...
4.2. RELACIONES CAUSALES.
TIPOS
Relaciones simples
Directas: o positivas, si aumenta A causa un
aumento de B. Recíprocamen...
• Inversas:Si aumenta A disminuye B o si disminuye
A aumenta B. Se indican con un signo (--)
• Encadenadas: cuando hay varias variables
unidas.
Si el número de inversas es impar el resultado global es inverso
Veamos los siguientes
ejemplos:
CONSUMO DE ALIMENTOS PESO
+
+
Ejemplo 2
OFERTA DEMANDA
+ +
Ejemplo 3
PREPARARSE PARA EL EXAMEN DE DS RESULTADO
+ +
CTM
Ejemplo 4
POBLACION RECURSO PER CAPITA
- +
Relaciones complejas: Retroalimentación
o Realimentación
Bucles de realimentación positiva: La causa
aumenta el efecto y e...
Modelo de crecimiento de una población
TNNNN ttt *1 
La población depende de la
población inicial y del número
de nacim...
• Bucles de realimentación negativa u
homeostáticos: Al aumentar A aumenta B, pero
el incremento de B hace disminuir a A.
...
La mortalidad
regula el
crecimiento de la
población mediante
un bucle de
retroalimentación
negativo.
Modelo de crecimiento de una
población normal
• El número de individuos de una población está
regulado por un bucle positi...
NACIMIENTOS POBLACION
MUERTES
+
+
+
-+
• El crecimiento anual de la población
se determina por la fórmula:
TMNTNNNN tttt **1 
)1(1 rNN tt 
• El resultado de las dos juntas mantiene
estable el sistema (población en
equilibrio) gracias a la realimentación
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Curva logística o sigmoidea de crecimiento en S
Retroalimentación
POSITIVA
• El efecto final del bucle
es + (sumas – pares)
• Se representa dentro
del ciclo por
• Se llam...
EJERCICIO 1
Diagrama causal.
EJERCICIO 2
Variables: Lluvia, pastos, contaminación, agua,
vacas y alimentación humana.
EJ.3
EJ.4
• Ej. En el texto aparecen una serie de términos (calentamiento,
sequía, humedales, CO2) que configuran un bucle de
retroa...
Ej. 6
Crecimiento de población de ratones
EJ.7
Ej. 8 Curvas de crecimiento
5. Complejidad y entropía
5.1. La energía en los
sistemas.
Los sistemas siguen las leyes de la termodinámica,
que son las que determinan los intercambios de
materia y energía:
La pr...
La segunda ley de la termodinámica es la que
establece que todo sistema tiende siempre a
alcanzar un grado de mayor entrop...
6. EL MEDIO AMBIENTE COMO SISTEMA.
La Tierra es un sistema abierto, intercambia materia
y energía, además es capaz de auto...
6. EL MEDIO AMBIENTE COMO SISTEMA.
Las interacciones entre los subsistemas da como
resultado el clima terrestre, por ello ...
MODELOS DE REGULACIÓN DEL
CLIMA TERRESTRE
• 1. LA TIERRA COMO SISTEMA DE CAJA
NEGRA. La Tierra sería un sistema cerrado,
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LA TIERRA COMO SISTEMA CAJA BLANCA
LA TIERRA COMO SISTEMA CAJA BLANCA.
Interactuan los cuatro subsistemas terrestres: geosfera,
hidrosfera, atmosfera y biosf...
FACTORES QUE AFECTAN AL
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• 1. Efecto invernadero.
• 2. Albedo
• 3. Parámetros orbitales
Excentricidad de la órbita.
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EL EFECTO INVERNADERO
• Provocado por ciertos gases: vapor de agua,
CO2, CH4, N2O.
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EL EFECTO ALBEDO
• Porcentaje de la radiación solar reflejada por la
tierra, del total de energía solar que recibe.
Las nubes
• Doble acción:
»Aumentan el albedo.
»Incrementan el efecto invernadero.
• Su acción depende de la altura de las...
Modelo funcionamiento del clima con efecto
invernadero, albedo y nubes
Radiación
Dos bucles antagónicos: Equilibrio dinámi...
Polvo atmosférico
• Provocado por:
- Emisiones
volcánicas
- Meteoritos
- Contaminación
atmosférica
VOLCANES
• También pueden
provocar un
doble efecto:
Descenso de la Tª:
- A corto plazo, al
inyectar polvo.
Aumento de la T...
VARIACIONES DE LA RADIACIÓN SOLAR
INCIDENTE
-Periódicas. Ciclos astronómicos de Milankovitch
1. Excentricidad de la órbita
2. Inclinación del eje (oblicuidad)
3. Posición en el perihelio (precesión)
-Graduales. La radiación solar emitida es cada vez mayor
-4. FLUJO TÉRMICO TERRESTRE
Es cada vez menor
5. DISTRIBUCIÓN CON...
SERES VIVOS. INFLUENCIA DE LA BIOSFERA
1. Reducción de los niveles de CO2: transformación en
materia orgánica y almacenaje...
EVOLUCIÓN DE LA ATMÓSFERA
EFECTO BIOSFERA SOBRE CLIMA TERRESTRE
HIPÓTESIS GAIA
• El planeta Tierra y
la vida han
coevolucionado y
se han influido
mutuamente.
• El planeta tiene
capacidad...
• La génesis de GAIA ocurrió cuando se
buscaban indicadores de vida en otros
planetas. El equilibrio químico de la
atmósfe...
HIPÓTESIS GAIA: EJEMPLO DE INTERACCIÓN DE SISTEMAS.
LA HIPÓTESIS GAIA. J.E. LOVELOCK 1993 Considera a la Tierra como
un si...
¿Qué dice la hipótesis Gaia?
• La atmósfera y la parte superficial del
planeta Tierra se comportan como un todo
coherente
...
Según GAIA la capacidad de mantener constante el medio
ambiente viene de la biosfera, ya que los seres vivos
controlan el ...
7. CAMBIOS AMBIENTALES A LO
LARGO DE LA HISTORIA DE LA
TIERRA
A lo largo de la historia de la Tierra se han
producido una ...
7. CAMBIOS AMBIENTALES A LO
LARGO DE LA HISTORIA DE LA
TIERRA
CONCEPTO DE EXTINCIÓN
Cuando se habla de extinción de especi...
FACTORES DE EXTINCIÓN
Distinguimos tres tipos de factores de extinción
que provocaron cambios ambientales relevantes:
Biol...
2. Los factores físico-químicos son muy variados.
Los componentes físico-químicos del ambiente son:
la radiación, la humed...
3. Los factores extraterrestres son responsables de
efectos más globales, fases de extinción masiva que a
lo largo de la h...
LAS EXTINCIONES DURANTE EL PROTEROZOICO
Durante el Proterozoico se produce un hecho trascendental en la
evolución de la at...
La extinción precámbrica
Tuvo lugar hace aproximadamente 600 M. a.
La causa de esta extinción fue la glaciación Eocámbrica...
LAS EXTINCIONES DURANTE EL FANEROZOICO
Las extinciones del Paleozoico
En primer lugar hay que indicar que a principios del...
La extinción del Devónico
Tuvo lugar hace aproximadamente 360 M. a. y fue
particularmente severa para los organismos marin...
Las extinciones del Mesozoico
La extinción del Triásico Superior (205 M.a.)
El límite Triásico-Jurásico marca un vuelco en...
Las extinciones del Cenozoico
Durante la era Cenozoica (correspondiente a los últimos 65 M.
a.) se han vivido también vari...
EJERCICIO PAU Junio 2006
• En el sencillo modelo de funcionamiento del
clima terrestre que se acompaña, comente las
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EJERCICIO
Ej. 10
Ej. 14
EJERCICIO
Elabora un diagrama causal o de flujo con
cuatro elementos (agua, vegetación, dióxido de
carbono, temperatura at...
• Ej. PAU 2006 : En el texto aparecen una serie de
términos (calentamiento, sequía, humedales, CO2) que
configuran un bucl...
Proceso de eutrofización
¿cuántos subsistemas puedes identificar en el
siguiente diagrama?
Además de los sistemas descritos, algunos autores hablan de sistemas cibernéticos
para designar a aquellos sistemas que ut...
MODELO 2.
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VARIABLE
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MODELO 1. ENGLOBA
LAS CINCO ARIABLES
MODELO 3.
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HUMANA
1.- Completa el siguiente cuadro con las relaciones
correspondientes y con el signo adecuado para el
bucle correspondiente...
Compliquemos un poco más el análisis. Completa el nuevo esquema al que hemos
añadido nuevos efectos provocados por la geos...
La biosfera también ayuda a la regulación del clima del planeta, veámoslo:
Y para terminar, intenta analizar este último esquema poniendo el signo
adecuado en todos los bucles que aparecen:
SOLUCIONES:
SOLUCIONES:
Tema 1 medio ambiente y teoria de sistemas
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Tema 1 medio ambiente y teoria de sistemas

  1. 1. MEDIO AMBIENTE Y TEORÍA DE SISTEMAS TEMA 1 IES Licenciado Francisco Cascales (Murcia) Departamento de Ciencias Naturales Francisco Javier Zamora García
  2. 2. 1. CONCEPTO DE MEDIO AMBIENTE Conferencia de UN de Medio Ambiente. Estocolmo 72 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 La definición más aceptada de medio ambiente es :
  3. 3. 2. ENFOQUE INTERDISCIPLINAR. Las Ciencias Medioambientales constituyen una disciplina de síntesis que integra aportaciones de diferentes disciplinas, entre las que destacan las Ciencias de la Naturaleza (Biología, Geología; Física y Química, Ecología ) junto con otras pertenecientes al campo de las Ciencias Sociales y las Humanidades como la Geografía, Economía, Sociología, Derecho o la Historia y otras como Matemáticas, Ingeniería, Arquitectura, Medicina y Geografía.
  4. 4. 1. Rellena la tabla con ejemplos: Componen. físicos Componen. químicos Componen. biológicos Compon. sociales Afecta de forma directa Afecta de forma indirecta Afecta a corto plazo Afecta a largo plazo Agua Salinidad del suelo o agua Vegetales Dinero El exceso de lluvia provoca inundaciones Tras las inundacione s suelen aparecer enfermeda- des La contami- nación irrita vías respiratoria s La lluvia ácida destruye lentamente bosques, lagos, monu- mentos… Aire Suelo
  5. 5. Muchos componentes (químicos, biológicos y sociales) ligados que actúan sobre otros es decir interactúan. Cualquier intervención en el medio natural, produce repercusiones en cadena: efecto dominó. El medio ambiente es esencialmente dinámico y cambiante y sus características van a variar a lo largo del tiempo, y no sólo por la acción humana, ya que existen procesos de origen natural que desembocan en bruscas alteraciones del entorno (glaciaciones, transformación de la atmósfera reductora en atmósfera oxidante, formación de cordilleras, etc.). Cualquier estudio medioambiental se hace con enfoque holístico, definiéndose los medios ambientes como :”sistemas multidimensionales de interrelaciones complejas en continuo cambio”.
  6. 6. IMPORTANCIA DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES 1. Los países desarrollados recelan del desarrollo económico de los subdesarrollados por la influencia negativa que podría tener sobre su naturaleza, dada su elevada población. 2. La naturaleza puede afectar a la especie humana, los desastres naturales son la causa de enormes pérdidas tanto económicas como sociales. 3. Existe un auge de las Ciencias ambientales, como base para resolver los problemas ambientales que nos aquejan. 4. Es necesario conocer el funcionamiento de los diferentes sistemas del Sistema Tierra y estudiar las relaciones de los mismos con la especie humana que han de enfocarse en tres aspectos: a)Riesgos derivados de su dinámica. b)Recursos que nos proporcionan. c)Impactos que reciben por acción antrópica.
  7. 7. 3. Aproximación a la teoría de sistemas
  8. 8. 3.1. Concepto de sistema. Enfoque reduccionista y holístico
  9. 9. Enfoque reduccionista, mecanicista o analítico Consiste en dividir o fragmentar nuestro objeto de estudio en sus componentes más simples y observarlos por separado. Enfoque holístico o sintético Trata de estudiar el todo o la globalidad y las relaciones entre sus partes sin detenerse en los detalles. Se ponen de manifiesto las propiedades emergentes. «El todo es más que la suma de las partes»
  10. 10. El reduccionismo y el holismo:formas de estudiar los sistemas REDUCCIONISMO: • Analiza el objeto en sus partes más simples y las observa por separado • Es la base del método científico • En sistemas complejos que funcionan como un todo no es suficiente HOLISMO • Analiza globalmente el sistema: un todo que resalta las propiedades emergentes • Utiliza modelos • Su enfoque es multidisciplinar e integrador • Forrester lo diseñó AMBOS ENFOQUES SON COMPLEMENTARIOS
  11. 11. CONCEPTO DE SISTEMA Y DINÁMICA DE SISTEMAS Un sistema es un conjunto de partes interrelacionadas. De esas interrelaciones surgen las propiedades emergentes, que son aquellas que surgen del comportamiento global de todos los componentes de un sistema y que no están presentes en las partes por separado (por ejemplo, las piezas del reloj no tienen la propiedad de determinar la hora, pero sí el reloj montado como un todo; si consideramos a una célula, serían propiedades emergentes la nutrición, la relación y la reproducción, las cuales no aparecen hasta que todos los componentes del sistema no interaccionan entre sí). Esta es la base de la Teoría General de Sistemas desarrollada por Bertalanffy. Según este autor, un sistema es un conjunto de elementos que interactúan entre sí.
  12. 12. 3.2 Tipos de sistemas: abiertos, cerrados y aislados. Los sistemas suelen intercambiar materia, energía e información con el entorno. Teniendo en cuenta los intercambios con el entorno del sistema que estudiamos, distinguimos tres tipos de sistemas: - 1. Sistema Aislado: no entra ni sale materia ni energía, no existe en la realidad, sólo en el laboratorio. - 2. Sistema Cerrado: hay entrada y salida de energía pero no de materia. Podríamos considerar el planeta como un sistema cerrado, ya que prácticamente no entra materia (se escapan algunos gases al espacio y del espacio entra polvo- partículas-meteoritos, pero la materia que entra y sale es despreciable a efectos globales, por lo que se puede considerar un sistema cerrado para que su estudio sea más sencillo).
  13. 13. 3.2 Tipos de sistemas: abiertos, cerrados y aislados. Los sistemas suelen intercambiar materia, energía e información con el entorno. Teniendo en cuenta los intercambios con el entorno del sistema que estudiamos, distinguimos tres tipos de sistemas: - 3. Sistemas Abiertos: son sistemas con intercambio de materia y energía. A estos corresponden los sistemas naturales como charcas, lagos, bosques, etc.
  14. 14. 3.3 Dinámica de sistemas Para estudiar los sistemas se utiliza el enfoque holístico, mediante una metodología conocida como dinámica de sistemas que se basa en observar y analizar las relaciones e interacciones existentes entre las partes del objeto de nuestro estudio, recurriendo al uso de modelos. Las principales relaciones entre los elementos del sistema son los intercambios de materia, de energía e información.
  15. 15. 4. Realización de modelos sencillos de la estructura de un sistema ambiental natural • Para el estudio de la dinámica de sistemas se utilizan modelos, es decir: versiones simplificadas de la realidad • Se denominan variables a los aspectos mensurables de esa realidad • Un modelo no es aplicable fuera del entorno para el que fue formulado.
  16. 16. TIPOS DE MODELOS A) Modelos mentales. B) Modelo formal o matemático. C) Modelo informal.
  17. 17. TIPOS DE MODELOS A) Modelos mentales: • Lo que guardamos en nuestra mente no es la realidad, sino sus modelos mentales. • No sirven para guiarnos por el mundo y nuestras acciones responden a nuestros modelos. • Individuos distintos tienen modelos mentales distintos
  18. 18. B) MODELOS FORMALES • Son modelos matemáticos que también son aproximaciones a la realidad. Utilizan ecuaciones que asocian las variables. • Son una herramienta para representar la realidad de la forma más concreta y precisa posible.
  19. 19. Ejemplo: modelo depredador-presa 2221 2111 ****/ ***/ NdNNPadtdN NNPNrdtdN  
  20. 20. C) MODELOS INFORMALES • Modelo que utiliza un lenguaje simbólico, no formal. • El más importante de los informales es el modelo de relaciones causales, éste utiliza las variables y las relaciona mediante flechas.
  21. 21. 4.1. MODELO DE SISTEMAS DE CAJA NEGRA Se representa como si fuera una caja cerrada, dentro de la cual no queremos mirar y sólo nos fijamos en sus entradas y salidas de materia, energía o información, es decir en sus intercambios con el entorno. Lo primero sería marcar sus fronteras o límites para aislarlo de la realidad o determinar lo que está dentro o fuera de él., después hay que señalar las entradas o salidas si es que existen. Hay varios sistemas de caja negra: abiertos (se producen entradas y salidas de energía, ej: una ciudad), cerrados (sólo se intercambia energía, ej: una charca), aislados (No intercambian ni materia ni energía, ej: el sistema solar).
  22. 22. 4.1. MODELO DE SISTEMAS DE CAJA NEGRA entradas salidas Modelos de sistema de caja negra
  23. 23. ¡¡¡Los ecosistemas son sistemas abiertos!!! En ellos continuamente entran y salen cosas, aunque la apariencia general y las funciones básicas permanecen constantes durante largos períodos. Ecosistema: un lago ENTRADAS: Luz solar, materia y organismos SALIDAS: Calor, energía, materia procesada, organismos La mayoría de los sistemas son abiertos aunque a veces se toman como cerrados o aislados para facilitar su estudio. Falso:ecosistemas cerrados materia y abiertos energía
  24. 24. 4.2. MODELO DE SISTEMAS DE CAJA BLANCA Cuando observamos el interior de un sistema, estamos haciendo un enfoque de caja blanca. Lo primero es marcar las variables que lo componen y unirlas por flechas que se relacionen entre sí y representen las interacciones. La representación obtenida representa un diagrama causal. Cada variable se puede considerar como un subsitema del inicial y se puede rediseñar como sistema de caja blanca o negra.
  25. 25. A B C D entradas salida Modelo de sistema de caja blanca 4.2. MODELO DE SISTEMAS DE CAJA BLANCA
  26. 26. • Un sistema es algo COMPLEJO, mucho más que la suma de sus partes, ya que de las interacciones entre esas partes y del comportamiento global, aparecen propiedades nuevas llamadas: propiedades emergentes, ausentes en el estudio aislado de las partes
  27. 27. 4.2. RELACIONES CAUSALES. CONCEPTO Un sistema es un conjunto de elementos que interactúan entre sí según toda una serie de RELACIONES CAUSALES que pueden ser representados en forma de DIAGRAMAS CAUSALES.
  28. 28. 4.2. RELACIONES CAUSALES. TIPOS Relaciones simples Directas: o positivas, si aumenta A causa un aumento de B. Recíprocamente si disminuye A, disminuye B. Se representan con (+)
  29. 29. • Inversas:Si aumenta A disminuye B o si disminuye A aumenta B. Se indican con un signo (--)
  30. 30. • Encadenadas: cuando hay varias variables unidas. Si el número de inversas es impar el resultado global es inverso
  31. 31. Veamos los siguientes ejemplos: CONSUMO DE ALIMENTOS PESO + +
  32. 32. Ejemplo 2 OFERTA DEMANDA + +
  33. 33. Ejemplo 3 PREPARARSE PARA EL EXAMEN DE DS RESULTADO + + CTM
  34. 34. Ejemplo 4 POBLACION RECURSO PER CAPITA - +
  35. 35. Relaciones complejas: Retroalimentación o Realimentación Bucles de realimentación positiva: La causa aumenta el efecto y el efecto aumenta la causa. Se establecen en cadenas cerradas que tienen un número par de relaciones inversas.
  36. 36. Modelo de crecimiento de una población TNNNN ttt *1  La población depende de la población inicial y del número de nacimientos Curva exponencial en J El crecimiento de una población esta regulado por un bucle de retroalimentación positivo (natalidad) y otro bucle de retroalimentación negativo (mortalidad)
  37. 37. • Bucles de realimentación negativa u homeostáticos: Al aumentar A aumenta B, pero el incremento de B hace disminuir a A. • Tienden a estabilizar los sistemas. • Se establecen siempre que el número de relaciones inversas (-) sea impar.
  38. 38. La mortalidad regula el crecimiento de la población mediante un bucle de retroalimentación negativo.
  39. 39. Modelo de crecimiento de una población normal • El número de individuos de una población está regulado por un bucle positivo y uno negativo. • Potencial biótico r es el resultado de r=TN-TM
  40. 40. NACIMIENTOS POBLACION MUERTES + + + -+
  41. 41. • El crecimiento anual de la población se determina por la fórmula: TMNTNNNN tttt **1  )1(1 rNN tt 
  42. 42. • El resultado de las dos juntas mantiene estable el sistema (población en equilibrio) gracias a la realimentación negativa. • Los sistemas que se equilibran mediante uno o más bucles de realimentación negativa se llaman sistemas homeostáticos, por ejemplo, los sistemas del cuerpo humano que mantienen las concentraciones adecuadas en el cuerpo de glucosa, hormonas, sales minerales, cantidad de agua…
  43. 43. Curva logística o sigmoidea de crecimiento en S
  44. 44. Retroalimentación POSITIVA • El efecto final del bucle es + (sumas – pares) • Se representa dentro del ciclo por • Se llaman bucles de refuerzo (explosivos) • Se produce alejamiento situación inicial y desestabilización sistema NEGATIVA • El efecto final del bucle es – (suma – impar) • Se representa dentro del ciclo por • Estabiliza el sistema contrarrestando la tendencia del sistema a alejarse del estado óptimo + -
  45. 45. EJERCICIO 1
  46. 46. Diagrama causal. EJERCICIO 2 Variables: Lluvia, pastos, contaminación, agua, vacas y alimentación humana.
  47. 47. EJ.3
  48. 48. EJ.4
  49. 49. • Ej. 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,
  50. 50. Ej. 6 Crecimiento de población de ratones
  51. 51. EJ.7
  52. 52. Ej. 8 Curvas de crecimiento
  53. 53. 5. Complejidad y entropía 5.1. La energía en los sistemas.
  54. 54. Los sistemas siguen las leyes de la termodinámica, que son las que determinan los intercambios de materia y energía: La primera ley de la termodinámica es la que establece que la energía ni se crea ni se destruye. Por ello, en cualquier sistema, la cantidad de energía que entra debe ser igual a la cantidad de energía que sale más la que quede almacenada en el interior del sistema.
  55. 55. La segunda ley de la termodinámica es la que establece que todo sistema tiende siempre a alcanzar un grado de mayor entropía, entendiendo la entropía como una medida de la incapacidad de realizar un trabajo (desorden).
  56. 56. 6. EL MEDIO AMBIENTE COMO SISTEMA. La Tierra es un sistema abierto, intercambia materia y energía, además es capaz de autorregular su temperatura ( 15 º), lo cual permite la existencia de agua líquida y por ello la vida. Es un sistema muy complejo y al elaborar un modelo se pueden considerar los siguientes subsistemas: Atmósfera, hidrosfera, geosfera y biosfera.
  57. 57. 6. EL MEDIO AMBIENTE COMO SISTEMA. Las interacciones entre los subsistemas da como resultado el clima terrestre, por ello el Sistema Tierra se puede considerar como un Sistema Climático, sometido a alteraciones, lentas o rapidas, debidas a los factores climáticos.
  58. 58. MODELOS DE REGULACIÓN DEL CLIMA TERRESTRE • 1. LA TIERRA COMO SISTEMA DE CAJA NEGRA. La Tierra sería un sistema cerrado, intercambia energía pero no materia. Autorregula su temperatura.
  59. 59. LA TIERRA COMO SISTEMA CAJA BLANCA
  60. 60. LA TIERRA COMO SISTEMA CAJA BLANCA. Interactuan los cuatro subsistemas terrestres: geosfera, hidrosfera, atmosfera y biosfera. Según autores también la criosfera. • S(clima) = A U H U B U G U C Equilibrio dinámico
  61. 61. FACTORES QUE AFECTAN AL CLIMA • 1. Efecto invernadero. • 2. Albedo • 3. Parámetros orbitales Excentricidad de la órbita. Oblicuidad. Precesión. • 4. Radiación solar. • 5. Flujo térmico. • 6. Distribución de continentes y océanos. • 7. Seres vivos
  62. 62. EL EFECTO INVERNADERO • Provocado por ciertos gases: vapor de agua, CO2, CH4, N2O. Efecto invernadero natural Incremento efecto ionvernadero
  63. 63. EL EFECTO ALBEDO • Porcentaje de la radiación solar reflejada por la tierra, del total de energía solar que recibe.
  64. 64. Las nubes • Doble acción: »Aumentan el albedo. »Incrementan el efecto invernadero. • Su acción depende de la altura de las nubes. Si son bajas aumenta el albedo. Si son altas aumenta el efecto invernadero
  65. 65. Modelo funcionamiento del clima con efecto invernadero, albedo y nubes Radiación Dos bucles antagónicos: Equilibrio dinámico
  66. 66. Polvo atmosférico • Provocado por: - Emisiones volcánicas - Meteoritos - Contaminación atmosférica
  67. 67. VOLCANES • También pueden provocar un doble efecto: Descenso de la Tª: - A corto plazo, al inyectar polvo. Aumento de la Tª: - A Largo plazo. por las emisiones de CO2.
  68. 68. VARIACIONES DE LA RADIACIÓN SOLAR INCIDENTE -Periódicas. Ciclos astronómicos de Milankovitch 1. Excentricidad de la órbita
  69. 69. 2. Inclinación del eje (oblicuidad)
  70. 70. 3. Posición en el perihelio (precesión)
  71. 71. -Graduales. La radiación solar emitida es cada vez mayor -4. FLUJO TÉRMICO TERRESTRE Es cada vez menor 5. DISTRIBUCIÓN CONTINENTES Y OCÉANOS
  72. 72. SERES VIVOS. INFLUENCIA DE LA BIOSFERA 1. Reducción de los niveles de CO2: transformación en materia orgánica y almacenaje en combustibles fósiles. 2. Aparición de 02 atmosférico. 3. Formación de la capa de ozono. 4. Aumento del nitrógeno atmosférico
  73. 73. EVOLUCIÓN DE LA ATMÓSFERA
  74. 74. EFECTO BIOSFERA SOBRE CLIMA TERRESTRE
  75. 75. HIPÓTESIS GAIA • El planeta Tierra y la vida han coevolucionado y se han influido mutuamente. • El planeta tiene capacidad de control más allá de los mecanismos químicos. • Se comporta como un ente vivo.
  76. 76. • La génesis de GAIA ocurrió cuando se buscaban indicadores de vida en otros planetas. El equilibrio químico de la atmósfera de un planeta debe poseer un índice muy alto de entropía (desorden). La existencia de una atmósfera con una entropía baja, en la que hay demasiado metano, o demasiado oxígeno, o cualquier otro ordenamiento químico anómalo, es un indicador de la presencia de vida. Porque es la vida la que altera el equilibrio químico y lo ordena.
  77. 77. HIPÓTESIS GAIA: EJEMPLO DE INTERACCIÓN DE SISTEMAS. LA HIPÓTESIS GAIA. J.E. LOVELOCK 1993 Considera a la Tierra como un sistema, constituido por numerosos subsistemas relacionados por interacciones de gran complejidad y con capacidad de autoregularse. BASES EN QUE SE APOYA LA TEORÍA GAIA - La biosfera regula la concentración de Oxígeno atmosférico manteniéndola al 21% que es la idónea para la mayoría de los seres vivos. - Si estudiamos las concentraciones de Nitrógeno molecular en otros planetas veremos que en la Tierra es muchísimo mayor, los seres vivos podrían intervenir en su propio autoabastecimiento de Nitrógeno. - La temperatura se ha mantenido estable a lo largo de millones de años, a pesar de las variaciones de radiaciones que hemos ido recibiendo. Es como si tuviésemos un termostato que regula los cambios. - Los gases que permiten la vida proceden de los propios seres vivos que actúan como sensores y reguladores. Esta teoría podría conducirnos a pensar que hagamos lo que hagamos la Tierra volverá a regular sus constante y continuará adelante. Pero como todo sistema cibernético hay unos límites fuera de los cuales se produce un desequilibrio del sistema de manera irreversible.
  78. 78. ¿Qué dice la hipótesis Gaia? • La atmósfera y la parte superficial del planeta Tierra se comportan como un todo coherente • Siendo los seres vivos (la biosfera) los que autorregular las condiciones esenciales: temperatura, composición química, salinidad de los océanos, …... Un conjunto de modelos científicos de la biosfera en el cual se postula que la vida fomenta y mantiene unas condiciones adecuadas para sí misma, modificando el entorno. ¿Qué es la hipótesis Gaia?
  79. 79. Según GAIA la capacidad de mantener constante el medio ambiente viene de la biosfera, ya que los seres vivos controlan el medio ambiente global para cubrir sus necesidades (capacidad homeostática)
  80. 80. 7. CAMBIOS AMBIENTALES A LO LARGO DE LA HISTORIA DE LA TIERRA A lo largo de la historia de la Tierra se han producido una serie de cambios ambientales provocados por una serie de factores (biológicos, físico-químicos o extraterrestres) que llegaron a desencadenar importantes variaciones climáticas y biológicas (extinciones).
  81. 81. 7. CAMBIOS AMBIENTALES A LO LARGO DE LA HISTORIA DE LA TIERRA CONCEPTO DE EXTINCIÓN Cuando se habla de extinción de especies, se hace referencia a la muerte de todos los individuos que componen una especie, ya sea a nivel local o global. Cuando hablamos de extinciones en masa hacemos referencia a que desaparecen, al menos, el 50% de los seres vivos presentes en el planeta en ese momento.
  82. 82. FACTORES DE EXTINCIÓN Distinguimos tres tipos de factores de extinción que provocaron cambios ambientales relevantes: Biológicos, Físico-químicos y Extraterrestres 1. Los factores biológicos son aquellos que tienes que ver con las relaciones entre especies animales y vegetales que pueblan el planeta Tierra. Son: La depredación, las enfermedades de origen bacteriano o vírico y la competencia. Pero podemos añadir un cuarto factor biológico que es el propio tamaño de la población.
  83. 83. 2. Los factores físico-químicos son muy variados. Los componentes físico-químicos del ambiente son: la radiación, la humedad, la temperatura, las cantidades disponibles de nutrientes, etc. Las variaciones que en ellos pueden producirse son muchas. En primer lugar hay un grupo que llamamos cambios climáticos: glaciaciones periódicas, estacionalidad extremada, que afectan principalmente a las zonas continentales. Para organismos marinos, variaciones de temperatura, fluctuaciones de la salinidad o alteraciones en la circulación de las corrientes. Muy graves deben ser los aumentos de la temperatura global, la acción de las oscilaciones del nivel del mar y el movimiento de las placas tectónicas.
  84. 84. 3. Los factores extraterrestres son responsables de efectos más globales, fases de extinción masiva que a lo largo de la historia de la Tierra se han producido. El argumento más ampliamente difundido y aceptado en la actualidad para explicar algunas extinciones masivas es el del impacto de un asteroide sobre la Tierra. El polvo cósmico y las radiaciones son los menos importantes comparativamente. En la actualidad se considera que las extinciones en masa han jugado un papel importante en la historia de la vida. Esto hace que las extinciones desempeñen una función importante en la evolución de la vida en la Tierra. Si las especies no llegaran a extinguirse para dejar su espacio a organismos más avanzados, la vida en la Tierra no habría progresado hasta lo que es actualmente.
  85. 85. LAS EXTINCIONES DURANTE EL PROTEROZOICO Durante el Proterozoico se produce un hecho trascendental en la evolución de la atmósfera y de la vida, como fue la aparición de la fotosíntesis. La aparición de la fotosíntesis hizo que la base de la vida pasara de anaerobia a aerobia. Con la fotosíntesis, la atmósfera e hidrosfera se enriquecieron en oxígeno, apareciendo la vida aeróbica y la capa de ozono que impediría el paso de los rayos ultravioleta. Suele pasar desapercibido el que la aparición de los autótrofos, con la consiguiente oxigenación de la atmósfera, supuso la primera crisis biótica, ya que las formas primitivas serían destruidas por dicho oxígeno, y que si a su vez, necesitaban de los infrarrojos, igualmente serían agredidas por la disminución de estas radiaciones al aparecer la capa de ozono.
  86. 86. La extinción precámbrica Tuvo lugar hace aproximadamente 600 M. a. La causa de esta extinción fue la glaciación Eocámbrica, que comenzó hace cerca de 680 M. a. y terminó hace 570 M. a. El origen de esta glaciación (la más intensa que ha experimentado la Tierra durante su historia) puede deberse a la explosión demográfica del plancton calcáreo, que habría provocado un efecto “antiinvernadero”. Esta extinción fue determinante para la diversificación de la fauna siguiente, que difirió en gran medida de su predecesora. Durante esta época se desarrollaron organismos de cuerpo blando, destacando entre ellos los peces gelatinosos y gusanos segmentados. Esta fauna excepcional posterior a la extinción precámbrica es conocida como fauna de Ediacara.
  87. 87. LAS EXTINCIONES DURANTE EL FANEROZOICO Las extinciones del Paleozoico En primer lugar hay que indicar que a principios del Paleozoico (540 M. a.) se produce la llamada explosión cámbrica, aparición geológicamente repentina de organismos macroscópicos multicelulares La extinción Ordovícico-Silúrico (-435 M.a.) Duró aproximadamente de un millón de años y causó la desaparición de alrededor del 50 % de las especies. Casi acaba con la vida marina; algunos peces sobreviven y los invertebrados pagan un duro tributo. Sus causas fueron: 1) Cambios en el nivel del mar. 2) Cambios climáticos. 3) Distribución continental. Durante el Ordovícico superior hubo una inusual rapidez de movimientos tectónicos que dieron lugar a cambios climáticos igualmente rápidos.
  88. 88. La extinción del Devónico Tuvo lugar hace aproximadamente 360 M. a. y fue particularmente severa para los organismos marinos bentónicos que vivían en aguas tropicales someras. El depósito marino de cantidades masivas de carbón orgánico y carbonatos inorgánicos contribuyó al enfriamiento global. La Extinción Permotriásica (Catástrofe P/T o the Great Dying) En el límite entre los sistemas Pérmico y Triásico (250 M. a.), perecieron el 90 % de todas las especies marinas y terrestres, entre ellos el 98 % de los crinoideos, el 78 % de los braquiópodos, el 76 % de los briozoos, el 71 % de cefalópodos, 21 familias de reptiles y 6 de anfibios, además de un gran número de insectos. Los conocidos trilobites desparecieron para siempre con esta extinción en masa. Las causas de la extinción Permotriásica parecen estar vinculadas con erupciones volcánicas.
  89. 89. Las extinciones del Mesozoico La extinción del Triásico Superior (205 M.a.) El límite Triásico-Jurásico marca un vuelco en el número de especies en el registro fósil. Este evento afectó tanto a la vida terrestre como a la acuática. El motivo de la extinción sigue siendo incierto (erupciones volcánicas o impactos de meteoritos). La extinción del límite K-T (65 M. a.) En el límite entre las eras Secundaria y Terciaria se produjo una importante extinción causada, probablemente, por el impacto de un meteorito en el golfo de Méjico. Los impactos meteóricos dejan en los niveles estratigráficos importantes concentraciones de iridio. En Caravaca tenemos pruebas de su evidencia (ver Capa Negra). Aunque desaparecieron muchos animales (dinosaurios, ammonites…) y plantas, gracias a la desaparición de los dinosaurios pudieron desarrollarse con mayor celeridad los mamíferos.
  90. 90. Las extinciones del Cenozoico Durante la era Cenozoica (correspondiente a los últimos 65 M. a.) se han vivido también varios fenómenos extintivos, aunque no tan relevantes como los anteriores. La primera de ellas tuvo lugar en el Eoceno superior (33 M. a.). Se supone que esta extinción se debió a un fenómeno de enfriamiento global, pero las causas de éste aún están indeterminadas. La segunda se produjo en el Oligoceno inferior (hace unos 28 M. a.) y fue desencadenada por severos cambios climáticos y vegetacionales. Los principales afectados fueron los mamíferos terrestres. La tercera se produjo durante el Mioceno superior (hace unos 9 M. a.) cuando una ola de frío antártico se extendió por el planeta. Los mamíferos fueron los principalmente afectados. Ya en el Cuaternario se produjeron variaciones climáticas que dieron lugar a varias glaciaciones que afectaron igualmente a los mamíferos.
  91. 91. EJERCICIO PAU Junio 2006 • En el sencillo modelo de funcionamiento del clima terrestre que se acompaña, comente las relaciones causales (directas, inversa, encadenadas) entre cada uno de los componentes, insertando los signos (+) o (–) donde corresponda. Suponga un flujo de radiación solar constante.
  92. 92. EJERCICIO
  93. 93. Ej. 10
  94. 94. Ej. 14
  95. 95. EJERCICIO Elabora un diagrama causal o de flujo con cuatro elementos (agua, vegetación, dióxido de carbono, temperatura atmosférica ) en regiones áridas y razone si se trata de un sistema con retroalimentación positiva o negativa. Usa esta conclusión para decidir si se trata de un sistema estable o inestable.
  96. 96. • 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,
  97. 97. Proceso de eutrofización
  98. 98. ¿cuántos subsistemas puedes identificar en el siguiente diagrama?
  99. 99. Además de los sistemas descritos, algunos autores hablan de sistemas cibernéticos para designar a aquellos sistemas que utilizan alguna clase de mecanismo de retroalimentación para su regulación. En la naturaleza son muy frecuentes los sistemas cibernéticos: la cantidad de azúcar que circula por la sangre se mantiene constante gracias a un sistema cibernético regulado por dos hormonas, la insulina y el glucagón. También los organismos homeotermos mantenemos la temperatura constante mediante un sistema cibernético, y, del mismo modo, las poblaciones de depredadores y presas de un ecosistema se regulan entre sí gracias a los bucles de realimentación negativa típicos de los sistemas cibernéticos.
  100. 100. MODELO 2. INCLUYE LA VARIABLE BIOSFERA MODELO 1. ENGLOBA LAS CINCO ARIABLES
  101. 101. MODELO 3. AÑADE LA ACTUACIÓN HUMANA
  102. 102. 1.- Completa el siguiente cuadro con las relaciones correspondientes y con el signo adecuado para el bucle correspondiente: Como ves, de la interacción entre el sistema atmosférico y la hidrosfera se deducen mecanismos que pueden regular la temperatura del planeta. Veamos ahora que ocurre si introducimos otras características de la atmósfera como la concentración de gases invernadero. Completa de nuevo el esquema:
  103. 103. Compliquemos un poco más el análisis. Completa el nuevo esquema al que hemos añadido nuevos efectos provocados por la geosfera:
  104. 104. La biosfera también ayuda a la regulación del clima del planeta, veámoslo:
  105. 105. Y para terminar, intenta analizar este último esquema poniendo el signo adecuado en todos los bucles que aparecen:
  106. 106. SOLUCIONES: SOLUCIONES:

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