Tema 1 de Ciencias de la Tierra y Mediambientales de 2º de Bachillerato

1. TEMA 1
CONCEPTO DE MEDIO
AMBIENTE Y DINÁMICA
DE SISTEMAS
Curso 2021-2022

2. MEDIO AMBIENTE
Conferencia de Las Naciones Unidas para el Medio Ambiente Humano. (Estocolmo,1972)
“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”
Atmósfera, Hidrosfera y Geosfera
(elementos abióticos)
Biosfera
(elementos bióticos)
Antroposfera
(elementos sociales)

3. CONCEPTO DE MEDIOAMBIENTE

4. CIENCIAS MEDIOAMBIENTALES
• Se ocupan de la delicada interacción entre el planeta
Tierra y la biosfera, e intentan dar respuesta a los
problemas de nuestro mundo y buscar soluciones.
• Es una disciplina integradora 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.

5. Utilizan conocimientos procedentes de ciencias reduccionistas
Tienen un enfoque holístico
Utilizan un método de trabajo interdisciplinar
Se basan en la teoría de sistemas
CARACTERÍSTICAS DE LAS CIENCIAS
MEDIOAMBIENTALES

6. Enfoque reduccionista
Método analítico. Consiste
en dividir o fragmentar
nuestro objeto de estudio en
sus componentes más
simples y observarlos por
separado.
Enfoque holístico
Método 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.
ENFOQUE CIENTÍFICO

7. CIENCIAS REDUCCIONISTAS
• Piensa algún ejemplo de enfoque reduccionista en
ciencia o en la vida diaria.

8. ENFOQUE SINTÉTICO O HOLÍSTICO
• Por muy bien que consideremos la constitución de las diferentes
partes de un organismo, si las consideramos por separado nunca
comprenderemos su funcionamiento.
• Los procesos complejos sólo pueden entenderse cuando se
consideran globalmente.
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9. CIENCIAS MEDIOAMBIENTALES
Enfoque Multidisciplinar
MEDIO AMBIENTE
HIDROLOGÍA
EDAFOLOGÍA
BOTÁNICA
INGENIERÍA
ECONOMÍA
ZOOLOGÍA
POLÍTICA
METEREOLOGÍA
El estudio del medioambiente es multidisciplinar, ya que abarca temas que
deben ser abordados desde diferentes disciplinas.
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10. CIENCIAS MEDIOAMBIENTALES
• Surgen como base para resolver los problemas
ambientales que nos aquejan.
• Para ello se hace necesario conocer el funcionamiento
de los diferentes subsistemas 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.

11. TEORÍA GENERAL DE SISTEMAS
✓Un sistema es un conjunto de elementos que se
relacionan entre sí para llevar a cabo una o varias
funciones.
✓Describe aquello que funciona como un todo por la
interacción de las partes que lo componen.
✓Es un conjunto de partes interrelacionadas de forma tal
que un cambio en una de ellas afecta a todo el conjunto.

12. TEORÍA GENERAL DE SISTEMAS
¿QUÉ ES UN SISTEMA?
• En un sistema nos interesa el comportamiento global.
• Es posible definir sus límites (subjetivos) y reconocer
intercambios con su medio (flujos de entrada y de salida).
Límite del sistema
Parte del sistema Relación
✓ Es una parte del universo que deseamos separarla del resto para estudiarla.

13. TEORÍA GENERAL DE SISTEMAS
• Norbert Wiener (1894-1964), cibernético. Establece el
funcionamiento de los bucles de retroalimentación (relaciones
causa-efecto).
• Cibernética: estudia la aplicación a sistemas mecánicos,
electrónicos o informáticos de los mecanismos de comunicación y
de regulación automática de los seres vivos.
• Ludwig von Bertalanffy (1901-1972), Biólogo. Generaliza el uso de
los bucles de retroalimentación a las Ciencias biológicas, y
múltiples campos → Teoría General de Sistemas.
• Jay Forrester, ingeniero. Desde una perspectiva económica y
empresarial, desarrolla diagramas causales que permiten la
modernización de empresas → Dinámica de sistemas.

14. 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
¿Qué es un sistema?

15. SISTEMAS
• Piensa ejemplos de sistemas.

16. Ejemplos de sistemas
Un ecosistema: una playa
Un instituto
Una calculadora

17. CARACTERÍSTICAS DE LOS SISTEMAS
✓ Están formados por elementos.
✓ Cada elemento tiene una función específica y se relaciona
con los demás elementos.
✓ Los elementos interaccionan para desempeñar una o varias
funciones, superiores a la suma de las partes, que reciben el
nombre de propiedades emergentes (sinergia).
✓ 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.
✓ Los sistemas también producen materia y emiten energía e
información, como resultado de la función que desempeñan.

18. LA
TIERRA
COMO
SISTEMA

19. • Constituidos por los seres humanos,
sus relaciones sociales y las
actividades que desarrollan.
• Los elementos de estos son: los
lugares de trabajo, los colegios, el
transporte, etc.
LOS SISTEMAS AMBIENTALES
Sistemas naturales
• Son los cuatro subsistemas o
capas de la Tierra: geosfera,
hidrosfera, atmósfera y
biosfera.
Sistemas humanos
El medio ambiente se divide en sistemas menores o subsistemas que,
a su vez, contienen otros sistemas menores:

20. • A veces la actividad humana
repercute de forma negativa:
Sobreexplotación de los
recursos, la deforestación,
contaminación, etc..
• La naturaleza también puede
afectar negativamente a la
especie humana: desastres
naturales
Entre los sistemas humanos y los sistemas naturales se establecen
interacciones.
INTERACCIONES ENTRE LOS SISTEMAS
NATURALES Y HUMANOS

21. MODELOS DE SISTEMAS
Para el estudio de la dinámica de sistemas se utilizan
modelos, es decir: versiones simplificadas de la realidad.
Un modelo no es la realidad
Un modelo no es aplicable fuera del entorno para el que
fue formulado.
• Los modelos han de ser menos complicados y de más fácil
manejo que las situaciones reales.
• Deben representar la realidad con la mayor fidelidad posible y
al mismo tiempo han de ser manejables.

23. MODELOS DE SISTEMAS
Hay diferentes tipos de modelos de sistemas:
➢ Modelos mentales
➢ Modelos formales
➢ Modelos informales
✓ Modelos materiales
✓ Modelos de relaciones causales
A. Modelos de sistema caja negra
B. Modelos de sistema caja blanca

24. MODELOS MENTALES
• Cierra los ojos y
visualiza en tu mente
una imagen lo más
precisa posible sobre el
concepto que te de tu
profesora.
• Intenta recordar el
mayor número de
detalles posibles.

25. MODELOS MENTALES
• A Cuál de estas imágenes se parecía más tu idea?

26. 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.

27. MODELOS DE SISTEMAS
Hay diferentes tipos de modelos de sistemas:
➢ Modelos mentales
➢ Modelos formales
➢ Modelos informales
✓ Modelos materiales
✓ Modelos de relaciones causales
A. Modelos de sistema caja negra
B. Modelos de sistema caja blanca

28. MODELOS FORMALES
Ejemplo: modelo depredador-presa
2
2
2
1
2
1
1
1
*
*
*
*
/
*
*
*
/
N
d
N
N
P
a
dt
dN
N
N
P
N
r
dt
dN
−
=
−
=
• 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.
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29. MODELOS DE SISTEMAS
Hay diferentes tipos de modelos de sistemas:
➢ Modelos mentales
➢ Modelos formales
➢ Modelos informales
✓ Modelos materiales

30. MODELOS MATERIALES
Modelo para determinar el plegamiento de
estratos
Túnel de viento para simular condiciones de
deslizamiento de un esquiador

31. MODELOS DE SISTEMAS
Hay diferentes tipos de modelos de sistemas:
➢ Modelos mentales
➢ Modelos formales
➢ Modelos informales
✓ Modelos materiales
✓ Modelos de relaciones causales
A. Modelos de sistema caja negra
B. Modelos de sistema caja blanca

32. MODELO DE SISTEMAS CAJA NEGRA
Un modelo de caja negra se representa como si fuera
una caja dentro de la cual no queremos mirar y solo
nos fijamos en sus entradas y salidas de materia,
energía e información.
▪ Abiertos
▪ Cerrados
▪ Aislados
Tipos de modelos de caja negra

33. SISTEMAS CAJA NEGRA
• Intenta pensar
ejemplos de sistemas
caja negra abiertos,
cerrados y aislados.

34. SISTEMAS CAJA NEGRA
Abierto
Cerrado
Aislado

35. • Las relaciones entre los componentes de un sistema
consisten en flujos o intercambios de materia o
energía, por lo que todos los sistemas han de seguir
las leyes de la Termodinámica.
• En Termodinámica se define sistema como una parte
del universo que separamos del resto para estudiarla.
• Todo lo que no pertenece al sistema constituye su
medio ambiente con los que intercambia materia,
energía o información.
ENERGÍA EN LOS SISTEMAS

36. ENERGÍA EN LOS SISTEMAS
Los modelos han de cumplir:
• 1ª ley de la termodinámica o conservación
de la energía.
• 2ª Ley de termodinámica. La entropía es
la parte no utilizable de la energía
contenida en un sistema. Es una medida
del desorden de la energía de un sistema.

37. 1º LEY DE LA TERMODINÁMICA
• 1ª ley de la termodinámica o principio de
conservación de la energía: La energía ni
se crea ni se destruye, sólo se transforma.
SISTEMA
Energía entrante
Energía entrante = E. almacenada + E. saliente
Energía
almacenada
Energía saliente

38. 2º LEY DE LA TERMODINÁMICA
• La 2ª ley de la termodinámica dice que
cualquier sistema tiende espontáneamente a
un estado de máximo desorden.
• La entropía es una medida del desorden de
un sistema.

39. 2º LEY DE LA TERMODINÁMICA
• Los procesos espontáneos son aquellos que llevan
el sistema a un estado de menor energía y/o mayor
desorden.
• En cada proceso, la energía se transforma y pasa de
una forma más concentrada y organizada a otra más
dispersa o desorganizada (con menor capacidad de
realizar trabajo)

40. ENTROPÍA
• Los seres vivos son sistemas ordenados (y abiertos) que
mantienen la entropía baja y su estructura interna ordenada a
expensas de comer (consumir materia y energía)
• Un ser vivo que no se
alimenta pronto alcanzaría
su equilibrio
termodinámico, es decir la
muerte (entropía máxima).
Sistema biológico
Materia oxidada
Alta entropía
Energía de alta calidad
Baja entropía

41. MODELOS DE SISTEMAS
Hay diferentes tipos de modelos de sistemas:
➢ Modelos mentales
➢ Modelos formales
➢ Modelos informales
✓ Modelos materiales
✓ Modelos de relaciones causales
A. Modelos de sistema caja negra
B. Modelos de sistema caja blanca

42. MODELOS DE SISTEMA CAJA BLANCA
• Si miramos el interior de
un sistema, adoptamos
un enfoque de caja
blanca.
• Hay que marcar las
variables que lo
componen y unirlas con
flechas que representan
las interacciones.

43. DIAGRAMAS CAUSALES
• En los sistemas caja blanca las relaciones entre las
variables que lo componen se representan mediante
flechas.
• Esta representación constituye los denominados
diagramas causales.

44. DIAGRAMAS CAUSALES
✓ Relaciones simples:
• Directas: o positivas, un aumento de A causa un
aumento de B; y una disminución de A, disminuye
B.
• Inversas o negativas: Si aumenta A disminuye B o
si disminuye A aumenta B
• Encadenadas: cuando hay varias variables
unidas.
✓ Relaciones complejas

45. DIAGRAMAS CAUSALES (1)
Relación Causal Positiva
A B
+
Estudiantes
matriculados
Ingresos
provenientes
de matrícula
+
La variable A influye positivamente en la variable B:
* Un incremento de A produce un incremento de B
* Una disminución de A produce una disminución de B

46. DIAGRAMAS CAUSALES (2)
Relación Causal Negativa
A B
-
Estudiantes
Infraestructura
disponible
por estudiante
-
La variable A influye negativamente en la variable B,
* Un incremento de A produce una disminución de B
* Una disminución de A produce un incremento de B

47. Ejemplos de relaciones causales
+ +
+
Consumo de alimentos Peso

48. Ejemplo 2
+ +
+
Oferta Demanda

49. Ejemplo 3
+ +
+
Prepararse para el examen de CTM Resultado

50. Ejemplo 4
- +
-
Población
Recurso per capita

51. Ejemplo 5
+ +
Nacimientos Población Muertes

52. DIAGRAMAS CAUSALES
✓ Relaciones simples:
• Directas, Inversas y Encadenadas.
✓ Relaciones complejas: son las acciones de un
elemento sobre otro que implican, a su vez, que
este último actúe sobre el primero.
• Bucles de realimentación positiva: La causa aumenta
el efecto y el efecto aumenta la causa. Se dan en
cadenas cerradas que tienen un número par de
relaciones inversas.
• 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 dan
siempre que el número de relaciones inversas (-) sea
impar.

53. DIAGRAMAS CAUSALES (3)
Bucle Causal Positivo
Lazos de retroalimentación reforzados
A B
+
+
A B
C
D
+
-
+
-
+ +
Efecto “bola de nieve”

54. Ejemplo 6: Bucle Causal Positivo

55. Ejemplo 7
+
+
+
Nacimientos Población

56. DIAGRAMAS CAUSALES (4)
Bucle Causal Negativo
Lazos de retroalimentación equilibrado
A B
-
+
A B
C
D
+
+
+
-
- -
“Ciclo balanceado”

57. Ejemplo 8
+ +
-
+
+
Nacimientos Población
Muertes
-

58. Observación realidad
Planteamiento hipótesis
-Límites del sistema
-Elección tipo de
modelo, variables y
relaciones causales
Diseño inicial del modelo
Diagrama causal
Verificación del modelo
Realidad
MODELADO DE UN SISTEMA

59. Estudiantes
regulares
Estudiantes que
ingresan
Estudiantes que
egresan
+
+
-
tasa de egreso
+
fracasos
+
-
tasa de fracaso
+
tasa de ingreso
+
infraestructura
disponibilidad de
infraestructura
+
+
-
+
fondos provenientes
de matrícula
fondos provenientes
de aranceles
+
+
titulados
tasa de
titulación
+
+
fondos provenientes
de titulación
+
ingresos totales
+
+
+
egresos
totales
+
gasto por
estudiante +
Resultados
-
+
morosidad
-
19:00 Vie, 22 de Ago de 2008
Page 1
1.00 4.00 7.00 10.00 13.00
Months
1:
1:
1:
0
20000
40000
Estudiantes regulares: 1 - 2 - 3 - 4 - 5 - 6 - 7 - 8 - 9 - 10 - 11 -
TOMA DE
DECISIONES
DEFINICIÓN
PROBLEMA
Evaluación del comportamiento
Realidad
Diseño del modelo

60. MODELOS DE REGULACIÓN DEL CLIMA
TERRESTRE
LA TIERRA COMO SISTEMA DE CAJA NEGRA

61. LA TIERRA COMO SISTEMA CAJA BLANCA
Clima = Atmósfera + Hidrosfera + Biosfera + Geosfera + Criosfera
Equilibrio dinámico

62. CAUSAS DE LA ALTERACIÓN DEL CLIMA
A. Causas internas al sistema:
• Efecto invernadero
• Albedo terrestre
• Nubes
• Polvo atmosférico
• Volcanes
• Influencia de la biosfera
B. Causas externas al sistema

63. EFECTO INVERNADERO
Provocado por ciertos gases: vapor de agua, CO2, CH4,
N2O.

64. RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA SOLAR
Espectro electromagnético:

65. ATMÓSFERAS DE OTROS PLANETAS
• VENUS :
Presión 90 atm
Tª = 477 ºC
• MARTE:
Presión 0,03 atm
Tª = -53 ºC

66. EFECTO ALBEDO
• Porcentaje de la radiación solar reflejada por la tierra,
del total de energía solar que recibe.

67. LAS NUBES
• Doble acción:
• Aumentan el albedo.
• Incrementan el efecto invernadero.
• Su acción depende de la altura de las nubes.

68. POLVO ATMOSFÉRICO
Provocado por:
- Emisiones volcánicas
- Meteoritos
- Contaminación atmosférica

69. VOLCANES
• También pueden provocar un doble efecto:
• Descenso de la Tª al inyectar polvo.
• Aumento de la Tª por las emisiones de CO2.

70. INFLUENCIA DE LA BIOSFERA:
HIPÓTESIS GAIA
La totalidad de la biosfera de
la tierra se comporta
como un ente vivo con
capacidad de cambiar su
entorno y mantenerlo
dentro de los límites que
permiten su existencia.
James Lovelock (1979)

71. HIPOTESIS GAIA
• La atmosfera terrestre presenta características
de sistema adaptativo, su composición se ha
mantenido más o menos constante en los
últimos 100 millones de años.
• La hipótesis Gaia hace notar que esa
estabilidad se debe a la biosfera y plantea que
la Tierra es un sistema adaptativo en su
conjunto

72. EVOLUCIÓN DE LA ATMÓSFERA

73. INFLUENCIA DE LA BIOSFERA
• Reducción de los niveles de CO2: transformación
en materia orgánica y almacenaje en combustibles
fósiles.
• Aparición de O2 atmosférico.
• Formación de la capa de ozono.
• Aumento del nitrógeno atmosférico

74. Vida en el precámbrico
INFLUENCIA DE LA BIOSFERA
▪ Reducción de los niveles de CO2: transformación en
materia orgánica y almacenaje en combustibles fósiles.

75. LA MÁQUINA CLIMÁTICA
MODELOGLOBALCON BIOSFERA

76. LA MÁQUINA CLIMÁTICA
MODELO GLOBALCON BIOSFERAYACTUACIÓN HUMANA

77. CAUSAS DE LA ALTERACIÓN DEL CLIMA
A. Causas internas al sistema:
B. Causas externas al sistema:
• Cambios graduales: aumento de la emisión de
energía del Sol.
• Cambios periódicos:
• Ciclos de actividad solar (11 años)
• Ciclos astronómicos de Milankovitch:
• Variaciones en la excentricidad de la órbita
terrestre
• Variaciones en la inclinación del eje terrestre
• Movimiento de precesión de la Tierra

78. CICLOS DE ACTIVIDAD SOLAR
El ciclo solar actual, el Ciclo 24, alcanzó su máximo en abril
de 2014, con un promedio máximo de 82 manchas solares.
Se prevé que alcance el mínimo solar, a finales de 2019 o
2020.
La actividad del próximo ciclo es probable que sea débil, muy
parecido al actual.
Artículo
El último ciclo solar se dio por terminado a principios de 2008.
Se alcanzará un máximo solar muy débil en 2013.

79. CICLOS ASTRONÓMICOS DE MILANKOVICH
• Excentricidad de la órbita
• Inclinación del eje terrestre
• Movimiento de Precesión
• Variaciones de la radiación solar debidos a cambios en
las constantes astronómicas.
• Serían los responsables de los periodos glaciares e
interglaciares.

80. EXCENTRICIDAD DE LA ÓRBITA
• Cuando se alcanza la excentricidad máxima, se
intensifican las estaciones en un hemisferio y se moderan
en el otro.

81. OBLICUIDAD TERRESTRE
• La inclinación del eje terrestre de rotación varía
con una periodicidad de unos 41.000 años.
• Al aumentar el ángulo, la diferencia de insolación
estacional es grande, y las estaciones resultan
más extremas en ambos hemisferios.
• Si el ángulo disminuye las estaciones se suavizan
(si el ángulo fuese cero no habría estaciones).
• El valor actual es de 23.4º y durante los dos
últimos millones de años ha variado entre un
valor máximo de 24.5º y un mínimo de 21.5º.

82. PRECESIÓN DE LOS EQUINOCCIOS
• La precesión determina si el verano en un hemisferio dado cae en un
punto de la órbita cercano o lejano al Sol.
• El resultado de esto es el refuerzo de las estaciones cuando la máxima
inclinación del eje terrestre coincide con la máxima distancia al Sol.
• Cuando esos dos factores tienen el mismo efecto en uno de los
hemisferios, se tienen efectos contrarios entre si en el hemisferio opuesto.

83. • En la época actual, ya que la Tierra
pasa por el perihelio cuando es
invierno (H.N.) la menor distancia al
Sol amortigua el frío invernal.
• De la misma manera, ya que la Tierra
se encuentra en el afelio cuando es
verano en el hemisferio norte (Julio), la
mayor distancia al Sol amortigua el
calor estival.
• Es decir, la actual configuración de la
órbita terrestre alrededor del Sol ayuda
a que las diferencias estacionales
(verano-invierno) de temperatura en el
hemisferio norte sean menores. Por el
contrario, agudiza las del hemisferio
sur.
PRECESIÓN DE LOS EQUINOCCIOS