Este documento describe el programa de estudios de Ciencias de la Tierra y Medioambientales, que incluye seis bloques temáticos. El primer bloque introduce las ciencias ambientales, el segundo y tercero cubren la biosfera y geosfera, el cuarto trata sobre capas fluidas, el quinto sobre recursos y usos, y el sexto sobre gestión ambiental.

1. CIENCIAS DE LA TIERRA Y
MEDIOAMBIENATALES

2. Programa
Bloque 1: Temas 1, 2 y 3 Bloque 4: Temas 8, 9, 10 y 11
Introducción a las ciencias ambientales Capas fluidas
Bloque 2: Temas 4 y 5 Bloque 5: Tema 12, 13 y 14
Biosfera Recursos y usos
Bloque 3: Temas 6 y 7 Bloque 6: Tema 15, 16 y 17
Geosfera Gestión ambiental
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3. Tema 01
Concepto de medio
ambiente y dinámica de
sistemas
Ciencias de la Tierra y Medioambientales
Profesor: David Leunda
Curso 2012/2013

4. Definición de medio ambiente
¿Qué es el medio ambiente?
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.
Algunas ideas:
-Sin aislar el problema: método científico
-Componentes ligados: interacción
-“Efecto dominó”: repercusiones en cadena
-Complejidad
Efectos de la tala de bosques
-Enfoque interdisciplinar sobre: masa forestal, el suelo,
recursos hídricos,CO2, fauna….

5. Distintos enfoques
Enfoque reduccionista (método analítico):
-Consiste en dividir o fragmentar nuestro objeto de estudio en sus
componentes más simples y observarlos por separado.
-Válido hasta que se enfrentó con problemas complejos.
Enfoque holístico (método sintético, de unir):
-Estudio del todo o la globalidad, sin pararse en los detalles.
-Aparecen propiedades emergentes
Reduccionismo y holismo son “enfoques complementarios”.

6. Dinámica de sistemas
Definición de sistema:
Conjunto de partes operativamente interrelacionadas, es decir, un
conjunto en el que unas partes actúan sobre otras y del que interesa el
comportamiento global.
Sistema es más que las suma de sus partes propiedades emergentes
Realidades complejas enfoque holístico Ej: reloj, vida
Metodología: Teoría de sistemas o dinámica de sistemas
Basado en
Modelos (Jay Forrester)

7. Modelos
Definición de modelo:
-Simplificación de la realidad.
-No aplicable a otro entorno.
Variables: aspectos mensurables de la realidad
-No la realidad, sino el modelo mental.
Mentales -Los vamos rehaciendo y enriqueciendo con la experiencia
- Actuamos conforme a ellos
Modelos
Formales -Modelos matemáticos predicciones
-Son sólo aproximaciones.
-Se verifica con la realidad.

8. Modelos de sistema caja negra
Sistema caja negra:
-No miramos el interior sólo las entradas y las salidas (materia y energía)
-Nos fijamos en el intercambio con el entorno

9. Tipos de sistemas caja negra
Tipos de sistemas caja negra:
-Abiertos: En ellos se producen entradas y salidas de materia y
energía.
-Cerrados. No hay intercambios de materia, pero SI de energía.
-Aislados. No hay intercambio de materia ni de energía.

10. Energía en los sistemas
En todos los casos deben cumplirse las leyes de la Termodinámica:
Primera ley de la Termodinámica: o de conservación de la energía
“La energía ni se crea ni se destruye sólo se transforma”

11. Energía en los sistemas
Segunda ley de la termodinámica: la entropía
Magnitud termodinámica que mide la parte no utilizable de la energía de
un sistema. A mayor orden en un sistema, su energía será más
concentrada y la entropía será menor.
Los seres vivos
mantienen el orden a
base, de incrementar la
entropía del entorno

12. Energía en los sistemas
Cadenas energéticas:
El paso de energía solar, más diluida, a energía eléctrica, más
concentrada (con menos entropía y más capacidad de realizar trabajo)
requiere el consumo de energía.

13. Modelos de sistemas caja blanca
Diagrama causal:
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.

14. Relaciones causales simples
Relaciones directas Relaciones inversas Relaciones encadenadas
Son cambios en cadena
Si aumenta A causa Si aumenta A disminuye
positivos o negativos o de
un aumento de B. B o si disminuye A
diferentes signos.
Recíprocamente, si aumenta B
disminuye A, Podemos expresarlo como
disminuye B. una sola relación.
+ - A
- B
+ C
A B A B
Aumenta Disminuye Disminuye
Aumenta
Aumenta
t Aumenta
Disminuye
Disminuye Disminuye
A
- C
Disminuye Aumenta
Si el número de relaciones negativas es
impar, el resultado será negativo.

15. Bucles de realimentación positiva
-Una variable A influye sobre otra B y
esta a su vez influye sobre la primera.
Esto provoca un crecimiento
incontrolado del sistema y continuará
mientras el entrono lo permita.
-Comportamiento explosivo
Nt 1  Nt  Nt  TN
+
A + B
+
Curva exponencial en “J”

16. Bucles de realimentación positiva

17. 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.
-Este tipo de bucles tienden a
estabilizar el sistema por eso se
llaman estabilizadores u
homeostáticos
+
Ej: Termostato
A - B
-
Trayectoria exponencial decreciente

18. Modelo de crecimiento
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

19. Modelo de crecimiento
El crecimiento anual de la población se determina por la fórmula:
Nt 1  Nt  Nt  TN  Nt  TM
Saco factor común:
Nt 1  Nt (1  TN  TM )
“Equilibrio dinámico “
Nt 1  Nt (1  r ) donde, r=0

20. Modelo de crecimiento
Curva sigmoidea o logística:
El sistema está en estado estacionario
con la población en equilibrio dinámico.

21. Pasos para modelar un sistema
Pasos:
1) Formación de un modelo mental: Observación, formulación de
hipótesis y elección de variables.
2) Diseño de un diagrama causal: Unimos las variables mediante flechas.
3) Elaboración de un modelo formal o matemático.
4) Simulación de diferentes escenarios.
Escenario: Conjunto de condiciones, circunstancias o parámetros
iniciales en los que se parte en una simulación.
H. inicial (esc 1) y H. alternativa (esc.1,2,3…)

22. Pasos para modelar un sistema

23. Regulación del clima terrestre
Modelo de regulación del clima terrestre: “nave espacial Tierra”
Tierra como sistema caja negra: Es un sistema cerrado (intercambio de
E, no de M) equilibrio dinámico (Tm=15ºC)

24. Regulación del clima terrestre
Tierra como sistema caja blanca:
Regula la temperatura planetaria
Formada por subsistemas
S(clima) = A U H U B U G U C Equilibrio dinámico

25. Efecto invernadero
Características:
Se forma en los primeros 12 Km de la atmósfera: H20, CO2, CH4 y N20.
Gases transparentes a la radiación visible, no a la IR.
Tm=15º C. El agua es líquida “manta que mantiene la temperatura”.
Incremento del efecto invernadero por aumento de gases EI producidos
por la acción humana
Concentración
gases efecto + Temperatura
invernadero

26. Efecto albedo
Características:
Es el % de la radiación reflejada por la Tierra del total de la que incide
procedente del sol
Depende de la superficie reflectora (más clara mayor albedo).
Superficies cubiertas por hielo son muy reflectoras.
Bucle de realimentación positiva.

27. Nubes
Características:
Doble acción: 1) albedo; 2) devuelven rad IR a la Tierra aumentando la Tª.
Depende de la altura de las nubes:
A más altura incrementan el efecto invernadero.
A menos altura aumenta el albedo.
Efecto invernadero y albedo: dos bucles positivos enfrentados Ej: Marte y Venús

28. Polvo atmosférico
Características:
Origen: 1) volcanes; 2) meteoritos; 3) incendios; 4) contaminación; 5)
explosión nuclear.
La luz no atraviesa la capa de polvo atmosférico y se refleja hacia el
espacio. Al disminuir la radiación incidente Disminuye la Tª.
EI invertido: el rebote de la radiación es hacia arriba Disminuye la Tª.
Polvo
atmosférico + Albedo
Erupción volcánica

29. Volcanes
También pueden provocar un doble efecto:
1.Descenso de la Tª:
al inyectar polvo.
2.Aumento de la Tª:
por las emisiones de CO2.
Descenso de
temperatura a corto
plazo y aumento a largo
plazo

30. Variación de la radiación solar incidente
Hay de dos tipos:
1.1. Excentricidad de la órbita terrestre
1.Variaciones periódicas 1.2. Inclinación del eje (oblicuidad)
(Ciclos de Milankovitch) 1.3. Posición en el perihelio (precesión)
2. Variaciones graduales: principio de entropía :↑ degradación → ↑ calor. La Tª
inicial era 30%menor a la actual

31. La influencia de la Biosfera
Hipótesis de Gaia (Lovelock):
 Tierra es un sistema homeostático que se autorregula debido a interacciones
entre los subsistemas.
 La biosfera tiene gran importancia en la Tª. Rebaja el nivel de C02 y baja la Tª.
 Inicio: ↑ ↑ [CO2] (20%)→ ↑E.I →Tª similar a la actual, el sol emitía menos
energía.
 Hoy: Tª similar a la inicial. Causa: ↓↓[CO2] → (0´03%) debido a la fotosíntesis:
cianobacterias (hace 3000 mill años)

32. La influencia de la Biosfera
Historia de la Tierra: cambios

33. La influencia de la Biosfera
Efectos de la Fotosíntesis:
 Disminución de [CO2]: se retira de la atmósfera y se acumula en los seres vivos
(biomasa), en forma de moléculas de carbono. También los combustibles fósiles.
La respiración celular devuelve el CO2 a la atmósfera, pero es más lento que la
fotosíntesis.
 Aparición del oxígeno atmosférico.
 Formación de la capa de ozono (hace 600 mill de años)
 Aumento del N2 atmosférico: metabolismo de SV a partir de óxidos nitrogenados
(hasta 78%)
Fotosíntesis Respiración celular
Luz
Azúcar +02 CO2+H2O
CO2+H2O Glucosa+O2
Energía ATP

34. La influencia de la Biosfera
Efecto de la Biosfera sobre el clima terrestre: