Sistemas ambientales y sociedades: Fundamentos

II Sistemas Ambientales y Sociedades
Belén Ruiz
IES Santa Clara.
1ºBACHILLER
Dpto Biología y Geología.
http://biologiageologiaiessantaclarabelenruiz.wordpress.com/bachillerato-
internacional/sistemas-ambientales-y-sociedades/
SISTEMAS AMBIENTALES Y SOCIEDADES

Belén Ruiz
IES Santa Clara.
1ºBACHILLER
1. FUNDAMENTOS DE SISTEMAS AMBIENTALES Y
SOCIEDADES (16 HORAS)

1.1. SISTEMAS DE VALORES AMBIENTALES.
1.2. SISTEMAS Y MODELOS.
1.3. ENERGÍAS Y EQUILIBRIOS.
1.4. SUSTENTABILIDAD.
1.5. SERES HUMANOS Y CONTAMINACIÓN.
CONTENIDOS
Preguntas fundamentales: Este tema puede resultar
especialmente apropiado para considerar las preguntas
fundamentales A, C, D y E.

Belén Ruiz
IES Santa Clara.
1ºBACHILLER
1.2. SISTEMAS Y MODELOS.

Utilizan conocimientos procedentes de ciencias reduccionistas
1. Características de las ciencias
ambientales.
Tienen un enfoque sistémico
Utilizan un método de trabajo interdisciplinar
Se basan en la teoría de sistemas

1. EL ESTUDIO DE MEDIO AMBIENTE ES
INTERDISCIPLINAR
BIOLOGÍA
QUÍMICA
INFORMÁTICA
DERECHO
GEOGRAFÍA
GEOLOGÍA
MATEMÁTICAS …….

METODOS DE ESTUDIO
DE LAS CIENCIAS
AMBIENTALES
2. EL MÉTODO CIENTIFICO

ENFOQUE REDUCCIONISTA
 El reduccionismo , considera que únicamente puede conocer un proceso
cuando se conoce con exactitud todos los elementos que participan.
 Muchas ciencias lo utilizan : la física , la química , la biología molecular.

El desarrollo de la ciencia ha experimentado históricamente un proceso
de especialización formándose diferentes disciplinas científicas y dentro
de éstas, subdisciplinas, lo cual tiene aspectos positivos, como es el de
formar a gente especialista que sabe mucho de una pequeña parcela,
pero este tipo de saber también presenta aspectos negativos, se sabe
muy poco de las cuestiones más generales.
EN PROCESOS COMPLEJOS EN QUE LAS
PARTES INTERACTÚAN (UN ORGANISMO
VIVO), EL ESTUDIO DETALLADO DE CADA
PIEZA NO SIRVE PARA COMPRENDER SU
FUNCIONAMIENTO COMO UN TODO..

1º ENFOQUE REDUCCIONISTA (MÉTODO ANALÍTICO)(MÉTODO
CIENTÍFICO) :
”Consiste en dividir o fragmentar nuestro objeto de estudio en
sus componentes más simples y observarlos por separado”
Se basa en la especialización.
Problema Ambiental:la fuga radiactiva de Chernobil.
Para estudiar las causas del accidente, controlar y aminorar los efectos de la
radiactividad sobre las personas y el medio se precisa la intervención de
numerosos especialistas: físicos, químicos, biólogos, ecólogos, radiólogos,
meteorólogos, etc.
Cada especialista emitirá un dictamen según su punto de vista que en muchos
casos será contradictorio con el de otros colegas.
Serán los políticos, tras asesorarse de todos ellos, quienes deban de tomar las
decisiones pertinentes acerca de evacuación de la población, control de la
contaminación, retirada de tierra fértil contaminada, seguimiento de la
contaminación, etc.
A los políticos les gustaría que los distintos expertos y sectores implicados
(agricultores, ganaderos, ciudadanos) facilitaran su tarea mostrando puntos de
acuerdo importantes y no opiniones parciales y divergentes.
¿Hay alguna forma de hacerlo?

3. ENFOQUE SISTÉMICO U HOLÍSTICO
 Los procesos complejos sólo pueden entenderse cuando se consideran
globalmente
 Por muy bien que consideremos la constitución de las diferentes partes de
un organismo , si las consideramos por separado nunca comprenderemos
su funcionamiento
Ambos enfoques son complementarios , pero en las Ciencias
Ambientales predomina el Sistémico

2º ENFOQUE HOLÍSTICO (MÉTODO SINTÉTICO, GLOBAL) :
“Trata de estudiar la globalidad y sus relaciones entres sus partes”
“No se detiene en los detalles”
Consecuencia
APARECEN
PROPIEDADES EMERGENTES
Un equipo de baloncesto es un sistema; antes de fundarse el equipo,
los jugadores no formaban parte de un conjunto,
únicamente poseían destrezas individuales,
pero una vez formado, el conjunto adquiere nuevas destrezas,
mientras que algunas que poseían los individuos
deben sacrificarse para mejorar el juego del equipo.

4. APROXIMACIÓN A LA TEORÍA GENERAL DE SISTEMAS
1.- ¿Qué es un sistema ?
 Se define Sistema como una parte del universo que
deseamos separla del resto para estudiarla
 Puede ser tan grande ( La Tierra , un bosque ., un
edificio .) o pequeño ( una charca , una gota de
agua ..) como se quiera .
 Es importante establecer sus límites . Todo lo que
quede fuera se denominará ENTORNO
 A la hora de estudiarlo analizaremos los flujos de
energía y materia

TEORÍA GENERAL DE SITEMAS
(ENFOQUE HOLÍSTICO)
SISTEMA
CONJUNTO DE OBJETOS
QUE MANTIENEN RELACIÓN
O INTERACCIÓNES
(INTERCAMBIO DE ENERGÍA,
MATERIA, INFORMACIÓN)
ENTRE SÍ Y CON SU ENTORNO
CONSECUENCIA APARECEN
PROPIEDADES
EMERGENTES (están
ausentes en el estudio
de las partes por
separado)

Una playa
(la energía de la playa
y el oleaje mueven
las partículas de arena
constantemente
de modo que interaccionan
entre ellas, con las rocas
y con los seres vivos
que habitan).
Un instituto
Un ecosistema ……
S
I
S
T
E
M
A
S

cerillas
N
O
S
O
N
S
I
S
T
E
M
A
S

El sistema Tierra
Sistema
Tierra
Sistema
Sol
Sistema
espacio
Sistema
Luna
Magnetosfera
Geosfera
Atmósfera
Hidrosfera
Biosfera

El medio ambiente es el conjunto de elementos
exteriores a él con los que intercambia materia y
energía o información.
Interacción de
Medio Natural
ATMÓSFERA
HIDROSFERA
Y
CRIOSFERA
GEOSFERA BIOSFERA
S = A U H U B U G U C

 Un modelo no es una representación de la
realidad sino una simplificación de la
misma.
 No es aplicable fuera del entorno para el que
ha sido formulado.
 Cuando un modelo no funciona, porque no
explica satisfactoriamente la realidad, se
modifica o se desecha y se sustituye por
otro.
SE USAN LOS MODELOS PARA MOSTRAR LA
ESTRUCTURA O FUNCIONAMIENTO DE UN
OBJETO, DE UN SISTEMA O CONCEPTO O
PARA PREDECIR QUÉ OCURRE SI ALGO
CAMBIA.
MODELO: representaciónMODELO: representación
simplificada de la realidad.simplificada de la realidad.

PUNTOS FUERTES Y LAS LIMITACIONES DE LOS
MODELOS
FORTALEZAS (PUNTOS FUERTES) DEBILIDADES (LIMITACIONES)
 Más fácil de trabajar con ellos que con la
complejidad de la realidad.
 Puede ser usado para predecir los efectos
de un cambio en las entradas del sistema.
 Puede ser aplicado a otras situaciones
similares.
 Nos ayuda a ver patrones (situaciones que
se repiten)
 Pueden ser usados para visualizar
pequeñas cosas (átomos) o grandes cosas
(Sistema Solar).
 La precisión es baja porque el modelo es la
representación de la realidad simplificada.
 Si los supuestos son erróneos, el modelo
tendrá errores.
 Las predicciones pueden ser inexactas.
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FLUJOS Y RESERVAS

TRANSFERENCIA TRANSFORMACIÓN
ENERGÍA Y MATERIA CAMBIAN DE
LOCALIZACIÓN PERO NO CAMBIAN DE
ESTADO.
Ejemplos:
Agua moviéndose de un río al mar.
Energía química en forma de azúcares
moviéndose de un herbívoro a un carnívoro.
Los animales carnívoros comiendo otros
animales.
El agua de un río.
AMBOS LA MATERIA Y ENERGÍA FLUYEN Y
CAMBIAN DE ESTADO, DE NATURALEZA
QUÍMICA (se forma un nuevo producto final)
O SU ENERGÍA.
Ejemplos:
Energía y materia se mueven a través de los
ecosistemas.
Glucosa soluble convertida en insoluble,
almidón en las plantas.
La luz convertida en calor por la superficie
radiante.
Quemas combustibles fósiles.
Fotosíntesis.
TRANSFERENCIAS Y
TRANSFORMACIONES

INTERCAMBIO
DE MATERIA Y
ENERGÍA EN UN
ECOSISTEMA
INMADURO
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ID=000777721d4f838996e8a

Tanto la energía y la materia fluyen (como entradas y salidas)
a través de los ecosistemas, pero, a veces, también se
almacenan dentro de los ecosistemas

LOS CICLOS BIOGEOQUÍMICOS ILUSTRAN EL FLUJO GENERAL EN UN ECOSISTEMA. LA ENERGÍA
FLUYE DE UN COMPARTIMENTO A OTRO, EN LA CADENA TRÓFICAS. CUANDO UN ORGANISMO SE
ALIMENTA DE OTRO, LA ENERGÍA QUE SE MUEVE ENTRE ELLOS ES EN LA FORMA DE ENERGÍA
QUÍMICA ALMACENADA: EN EL CUERPO DE LA PRESA.
http://www.ebooksampleoup.com/ecom
merce/view.jsp?
ID=000777721d4f838996e8a

Leached out = lixiviar
Topsoil = capa superficial

Describe los procesos de transferencia y transformación que
observas en la figura, así como los flujos y reservorios
representados en la siguiente figura:

BIOSFERA COMO SISTEMA

MODELOS DE SISTEMAS O SISTEMASMODELOS DE SISTEMAS O SISTEMAS
 MODELO DE CAJA NEGRA
 MODELO DE CAJA BLANCA

MODELO DE SISTEMAS DE CAJAMODELO DE SISTEMAS DE CAJA
NEGRANEGRA
“Sólo nos fijamos en las entradas y en las salidas,
de materia, energía e información”
SISTEMASISTEMA
E
N
T
R
A
D
A
S
S
A
L
I
D
A
S

 Sistemas Abiertos : Intercambian matería y energía con el entorno . Seres vivos.
 Sistemas Cerrados : Intercambian energía pero no materia ( se recicla dentro del
sitema ) . Ecosistemas
 Sistemas Aislados : No intercambian materia y energía.
Tipos de sistemas de caja negra

EJEMPLOS DE SISTEMAS
SISTEMA
SOLAR
ABIERTOS CERRADOS AISLADOS
CIUDAD.
Ecosistemas
MATERIA ENERGÍA
MATERIA
(productos
desecho
y
manufacturados)
ENERGÍA
(calor)
MATERIA ENERGÍA MATERIA ENERGÍA
ENERGÍA
ENERGÍAMATERIA
Un sistema aislado es
un concepto
hipotético en el que
no se intercambia ni
materia ni energía a
través de sus límites.
Los sistemas cerrados solo existente
experimentalmente, aunque los ciclos
geoquímicos se asemejan a sistemas
cerrados.
MATERIA
(se recicla)

http://i54.tinypic.com/2n1i42o.jpg

Ecosistema en una botella:
Texto.
Vídeo.

LA TIERRA COMO SISTEMADE CAJA NEGRA
Radiación
Infrarroja
(calor)
Radiación
reflejada
SISTEMA CERRADO
(Se desprecia la masa
de los meteoritos
dada su poca masa
relativa)
Radiación
electromagnética
solar (luz visible
mayoritariamente)
La Tierra es un sistema en equilibrio dinámico desde el punto de vista
térmico, autorregula su temperatura, manteniéndola a unos 15ºC como
Media.

¿Qué tipo de sistema aparece representado en la imagen?¿Qué tipo de sistema aparece representado en la imagen?
http://www.ebooksampleoup.com/ecommerce/view.jsp?ID=000777721d4f838996e8a. Página
20.

MODELO DE SISTEMAS DEMODELO DE SISTEMAS DE
CAJA BLANCACAJA BLANCA
“Observamos el interior de un sistema.
Su representación forma un diagrama causaldiagrama causal”
E
N
T
R
A
D
A
S
S
A
L
I
D
A
S
A B
C
D
E

Modelos analógicos de algunos sistemas
Túnel del viento
Maqueta Maqueta

Variables independiente y dependiente
Características de un modelo numérico
 Variable independiente: toma valores sin verse afectada
por lo que ocurre en el sistema.
 Variable dependiente: es cualquiera cuyos valores
dependan del que tomen la variable independiente.
La variable independiente suele llamarse x y la
dependiente y.
La gráfica
representa la
relación entre el
espacio (variable
dependiente) y el
tiempo (variable
independiente)

Ecuaciones diferenciales dependientes del tiempo

Gradientes

Ecuaciones lineales y no lineales

Modelos digitales de algunos sistemas
Previsión
de riesgos
Sistemas
de alerta
temprana
Ordenación del territorio Diseño de estructuras

1. Las variables o factores se relacionan con flechas y signos (+) , (-)
Relación directa o positivaRelación directa o positiva: “un aumento de A produce un aumento de B” / “una
disminución de A produce una disminución de B”.
Relación inversa o negativa: “un aumento de A produce una disminución de B o
viceversa”
Erosión + Colmatación
Contaminación Vida-
DIAGRAMAS DE FORRESTER. REGLAS PARA LA
ELABORACIÓN DE DIAGRAMAS CAUSALES.

Si es impar
Relación
-
Si es par
(Cero es par)
Relación
+
Relaciones encadenadas: “formadas por una serie de variables unidas mediante
flechas”
 Se reducen a una sola relación:
 Se cuenta el número de relacionesSe cuenta el número de relaciones negativasnegativas

Tala Bosque Erosión Colmatación
Volumen de Agua
+
+
-
Relaciones Negativas: 1 => impar =>Relaciones Negativas: 1 => impar => RELACIÓN -RELACIÓN -

Diagramas de Forrester
Relación directa entre variables Relación inversa entre variables
Oleaje
OleajeViento
Viento Radiación
RadiaciónNubosidad
Nubosidad
+
+ ▬
▬
Actividad
volcánica
Polvo en la
atmósfera
Radiación solar
en el suelo
Temperatura
del suelo
Evaporación
desde el suelo
Humedad
del suelo
+ + + ▬▬

Relaciones complejas: bucles de
realimentación o retroalimentación
“Una relación causal que se cierra sobre sí
misma”
TIPOS DE BUCLES
REALIMENTACIÓN
POSITIVA
REALIMENTACIÓN
NEGATIVA U HOMEOSTÁTICOS

BUCLES DE REALIMENTACIÓN
POSITIVA
 Cadenas cerradas que tienen un número par
(o cero) de relaciones negativas
sedimentación
tamaño obstáculo
(duna)+
+
+
Refleja la potencialidad del sistema para crecer descontroladamentesistema para crecer descontroladamente, por lo
que se dice que presenta un comportamiento explosivocomportamiento explosivo que desestabiliza los
Sistemas, tienden a amplificar los cambios y conducir a los sistemas hacia
un punto de inflexión donde un nuevo equilibrio es adoptado.

ALBEDO
TEMPERATURA
SUPERFICIE
HELADA
-
-
+ +

 Escribe el bucle de retroalimentación establecido entre: Espesor del suelo fértil ,
infiltración en el suelo y erosión.

BUCLES DE REALIMENTACIÓN
NEGATIVA U HOMEOSTÁTICOS
 Cadenas cerradas que tienen un número
impar de relaciones negativas
Presa Depredador-
-
+
Este tipo de bucles tienden a estabilizar
los sistemas, son estabilizadores u homeostáticosestabilizadores u homeostáticos ,,
cuando la salida de un proceso inhibe o invierte el funcionamiento del mismo proceso
de tal manera que logra reducir el cambio. Así se contrarresta la desviación.

Curva sigmoidea o logística
Límite de carga o capacidad de cargaLímite de carga o capacidad de carga
(nº máximo de individuos que se pueden mantener
en unas determinadas condiciones ambientales)

ACTIVIDAD
Escribe el bucle de retroalimentación establecido entre :
Radiación solar en el suelo , temperatura en el suelo , evaporación desde el suelo ,
nubosidad

TEMPERATURA
ALBEDO
SUPERFICIE
HELADA-
-
++
NUBES
EFECTO
INVERNADERO
+
+
+
+
+
-
RADIACIÓN
INCIDENTE
+
ERUPCIONES
VOLCÁNICAS
Polvo , SO2,
H2SO4
CO2,
+
+
+
+
RADIACIÓN
REFLEJADA
+

consecuencia
Hay dos bucles positivos
Albedo Efecto Invernadero
Están en equilibrio dinámicoequilibrio dinámico
que podría peligrar por un
cambio brusco (catastrófico)
de las condiciones
Ambientales que inclinaría la
Balanza en uno u otro sentido
Siendo casi imposible retornar
A la situación de equilibrio

Actividad
volcánica
Polvo en la
atmósfera
Radiación solar
en el suelo
Temperatura
del suelo
Evaporación
desde el suelo
Humedad
del suelo
+ + + ▬▬
Nubosidad
+▬ Bucle de realimentación
Radiación solar
en el suelo
▬ +
Evaporación
desde el suelo
Nubosidad
▬
+Temperatura
del suelo
+Espesor de
suelo fértil
+ ▬
Infiltración
en el suelo
Erosión
▬
+

Simulación y análisis de sistemas mediante diagramas de Forrester
+
▬Fusión de
la nieve
+Temperatura
de la atmósfera
Temperatura
del suelo
Energía solar
absorbida por
la superficie
Superficie
cubierta de nieve
Albedo
terrestre
Factores astronómicos
(excentricidad de la órbita
terrestre y otros)
Emisión de cenizas
y aerosoles por la
actividad volcánica
Transparencia
de la atmósfera
▬
▬
+
+
+
+

Simulación y análisis de sistemas mediante diagramas de Forrester
+
Oxígeno disuelto
en aguas profundas
Emisión de CO2 por la
actividad volcánica
Abundancia
de animales
Acumulación
de materia orgánica
Convección en las
masas de agua
Estratificación de las
masas de agua
Temperatura de
la atmósfera
Actividad de
bacterias anaerobias
Producción de CO2,
H2S y metano
Concentración de estos
gases en la atmósfera
Efecto
invernadero
Emisión de CO2 por la
actividad industrial
+
+
+
+
+
++
+
▬
▬
+
+
Factores externos que pueden alterar el ciclo

ACTIVIDAD:
Establecer las relaciones encadenadas y verificar el tipo de relación final del proceso de la
eutrofización en un un ambiente acuático entre las siguientes variables dadas en orden
Uso de fertilizantes del suelo →nutrientes minerales en las aguas → algas → organismos
desintegradores→ oxígeno disuelto en el agua→ vida acuática
Ej la eutrofización de ambientes acuáticos

Seguimos practicando
1.- Establece las relaciones causales entre :
tasa de mortalidad →defunciones → población
2.- Más dificil todavía :
tasa de natalidad →nacimientos →
población→ tasa de mortalidad →muertes →
población

Sistemas complejos
Concentración
de CO2 en la
atmósfera
+
▬
Radiación
térmica emitida
al espacio
Temperatura
de la atmósfera
Efecto invernadero
▬ ▬
Temperatura
de los océanos
Solubilidad
del CaCO3
Formación
de conchas
y esqueletos
de CaCO3
Acumulación de
CaCO3 en el
fondo marino + ▬
▬
CO2 (en forma
de CaCO3)
▬
CO2

Relaciones entre el efecto
albedo , el CO2
atmosférico las
erupciones volcánicas y la
temperatura de la Tierra.

http://www.ebooksampleoup.c
om/ecommerce/view.jsp?
ID=000777721d4f838996e8a.
Pág 22

MODELO DE DESARROLLO SOSTENIBLE O
SUSTENTABILIDAD
La HIPÓTESIS DE GAIA es 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,
afectando al entorno.
Se argumenta que la Tierra es
un organismo de tamaño
planetario y la atmósfera es el
organismo que regula y conecta
todas sus partes.
“LA BIOSFERA MANTIENE LA
COMPOSICIÓN DE LA
ATMÓSFERA EN CIERTOS
LÍMITES POR MECANISMOS
DE REALIMENTACIÓN
NEGATIVA”
Se basa su argumento en estos hechos:
1.La Temperatura de la superficie de la Tierra es constante
aunque el Sol la energía emitida por él sea un 30% más que
cuando la Tierra fue formada.
2.La composición de la atmósfera es constante con un 79% de
nitrógeno, 21% de oxígeno y 0,03% de dióxido de carbono. El
oxígeno es un gas muy reactivo que debería reaccionar pero
no lo hace.
3.La salinidad de los océanos es constante alrededor de un
3,4% pero los ríos arrastran las sales hacia el mar y deberían
incrementar la salinidad de estos.
http://tvpclub.blogspot.com.es/2010/06/gaia
-hypothesis-three-levels-of.html

Lovelock en 2007 publicó “La
venganza de la Tierra”
El considera que la edad de la Tierra
actualmente se correspondería con
una “anciana Señora” que ha
recorrido más de la mitad de su vida
como un planeta y ahora no puede
recuperarse de los cambios tan bien
como ella solía hacerlo.
Sugiere que puede estar entrando en
una fase de realimentación positiva
cuando el equilibrio previamente
estable se convierta en inestable y
por lo tanto se trasladará a un nuevo
estado de equilibrio más caliente.
Polémicamente, el sugiere que la
población humana sobrevivirá pero
con una reducción de un 90%.
http://www.viajesconmitia.com/wp-
content/uploads/2010/04/revenge_of_gaia.jpg
Daisyball
http://gingerbooth.com/flash/daisyball/

BIBLIOGRAFÍA
 Environmental Systems and Societies. 1º Bachillerato. RUTHERFORD, Jill.
WILLIAMS, Grillian. ED. Oxford IB Diploma Programme.
 Ciencias de la Tierra y Medioambientales. 2ºBachillerato. CALVO, Diodora,
MOLINA, Mª Teresa, SALVACHÚA, Joaquin. Editorial McGraw-Hill Interamericana.
 Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente. 2º Bachillerato. LUFFIEGO GARCÍA,
Máximo, ALONSO DEL VAL, Francisco Javier, HERRERO MARTÍNEZ, Fernando,
MILICUA ARIZAGA, Milagros, MORENO RODRÍGUEZ, Marisa, PERAL LOZANO,
Carlota, PÉREZ PINTO, Trinidad.
 Ciencias de la Tierra y mediambientales 2º bachillerato. MELÉNDEZ, Ignacio,
ANGUITA, Francisco. CABALLER, María Jesús. Editorial Santillana.

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