Bachillerato Internacional. Sistemas Ambientales y Sociedades. Energía y equilibrio.

1. I 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

3. I Sistemas Ambientales y Sociedades
Belén Ruiz
IES Santa Clara.
1ºBACHILLER
Dpto Biología y Geología.
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internacional/sistemas-ambientales-y-sociedades/
1. FUNDAMENTOS DE SISTEMAS AMBIENTALES Y
SOCIEDADES (16 HORAS)

4. 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.

6. I Sistemas Ambientales y Sociedades
Belén Ruiz
IES Santa Clara.
1ºBACHILLER
Dpto Biología y Geología.
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internacional/sistemas-ambientales-y-sociedades/
1.3. ENERGÍA Y EQUILIBRIO.

9. 2. LOS SISTEMAS Y LA ENERGÍA
En un sistema no resulta importante estudiar en detalle cada componente sino las interacciones
que serán las que nos permitirán conocer el funcionamiento global ( Enfoque Holístico )
Las relaciones entre los componentes de un ecosistema consisten en flujos o intercambios de
materia o energía , por lo que los sistemas han de seguir las leyes de la termodinámica
1.- LEY DE LA TERMODINÁMICA
La energía ni se crea ni se destruye , sólo se transforma de una forma a otra
( sin embargo cierta cantidad de energía se libera en forma de calor , y aunque no
desaparece , se pierde a efectos prácticos pues no sirve para realizar trabajos prácticos )

10.  PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA: “CONSERVACIÓN DE
LA ENERGÍA”: La energía no se destruye, sólo se transforma”
E E
N N
E T
R R
G A
Í N
A T
E
ENERGÍA
ALMACENADA
E S
N A
E L
R I
G E
Í N
A T
E
ENERGÍA ENTRANTE = ENERGÍA ALMACENADA + ENERGÍA SALIENTE
La energía en un sistema aislado, como el universo, es
constante, puede TRANSFORMARSE pero no crearse ni
destruirse.

11. 1º PRINCIPIO DE LA
TERMODINÁMICA

14. http://clasefisica3.blogspot.com.es/2010/06/transformacion-de-la-energia-electrica.html

15. 2 .- LEY DE LA TERMODINÁMICA : LA ENTROPÍA
En cada transferencia , la energía se transforma y suele pasar de una forma más concentrada y
organizada a otra más dispersa o desorganizada.
Según la 2ª ley de la termodinámica , sólo los
procesos exergónicos pueden ocurrir
espontáneamente

16.  SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA: “LEY DE LA
ENTROPÍA”:
consecuencia
transformación
ENTROPÍA (GRADO
DE DESORDEN)
consecuencia
Energía dispersa
desorganizada
ENTROPÍA (GRADO
DE DESORDEN)=>
orden
Energía
organizada y
concentrada
El Universo tiende hacia un estado de máxima entropía (máximo desorden)

17. En Los procesos naturales espontáneos ,siempre aumenta la entropía
( 2º principio de la termodinámica ).
Se define ENTROPÍA magnitud que mide la relación entre la energía y el grado de
desorden . Cuanto mayor orden exista ,más concentrada será la energía y más baja
será la entropía.

18. EL PRINCIPIO DE LA CONSERVACIÓN DE ENERGÍA PUEDE SE UN MODELO PARA
LA TRANSFORMACIÓN DE ENERGÍA A LO LARGO DE LAS CADENAS TRÓFICAS Y
SISTEMAS DE PRODUCCIÓN DE ENERGÍA
http://www.ebooksampleoup.com/ecommerce/view.jsp?ID=000777721d4f838996e8a
La segunda ley de la termodinámica afirma que la entropía de un sistema aumenta a lo largo del tiempo.
La entropía es una medida de la cantidad de desorden en un sistema.
Un aumento de la entropía que surge de las transformaciones energéticas reduce la energía disponible para
realizar trabajo.
La segunda ley de la termodinámica explica la
INEFICIENCIA Y LA DISMINUCIÓN DE ENERGÍA
DISPONIBLE a lo largo de la cadena trófica y los
sistemas de generación de energía.

19.  Dependiendo el tipo de plantas, la eficiencia de convertir la energía solar para almacenarlo en
azúcar es de 1-2%.
 Los herbívoros asimilan en termino medio alrededor de un 10% de la energía asimilada de las
plantas. El resto se pierde en procesos metabólicos, calor , actividades como escapar de los
carnívoros (desprenden calor).
 En los carnívoros la eficiencia es también un 10%. También metabolizan la energía química
almacenada, en este caso intentando capturar al herbívoro.
Esto significa que la total eficiencia del carnívoro en la cadena es de 0,02 x 0,1 x 0,1 = 0,0002% ,
mayormente pierde la energía en forma de calor.
http://www.ebooksampleoup.com/ecommerce/view.jsp?ID=000777721d4f838996e8a

21. 2ª ley de la
termodinámica
La entropía
En las cadenas energéticas para
concentrar energía se ha de
consumir energía

22. LA ENERGÍA NO SE PUEDE RECICLAR,
FLUYE INELUDIBLEMENTE EN UNA
DIRECCIÓN
¿Cómo se mide la calidad de energía que
tienen los seres vivos?
se mide por la capacidad que tienen los seres vivos
para realizar trabajo utilizando esa energía

23. energía de alta
calidad
(de baja entropía).
Se denomina:
concentrada,
útil o disponible.
energía de baja
calidad
(de alta entropía).
Se denomina:
dispersa,
no útil o no disponible.
En un sistema aislado,
la energía útil que contiene está
destinada a agotarse,
a transformarse en energía de alta
entropía
Entropía Máxima => EQUILIBRIO
TERMODINÁMICO
SISTEMA NO TIENE CAPACIDAD
DE REALIZAR TRABAJO

24. Los seres vivos son sistemas
ordenados (baja entropía ) a
expensas de comer y
expulsar al entorno
moléculas (CO2 y calor ) de
elevada entropía
los seres vivos son sistemas abiertos que reducen su entropía a base
de aumentar la del entorno

25. BAJA ENTROPÍA
CALOR
CO2
VAPOR
DE AGUA MANTIENEN
SU
BAJA
ENTROPÍA
INTERIOR
LIBERANDO
AL ENTORNO
AL
RESPIRAR
CO2
Y
VAPOR DE
AGUA
(MOLÉCULAS
DE ALTA
ENTROPIA)
SERES VIVOS SON:
SISTEMAS
ORDENADOS
SISTEMAS
ABIERTOS
¿Cómo cumplen el 2º Principio de la Termodinámica?

26. UN SER VIVO QUE NO SE ALIMENTA:
PRONTO ALCANZARÍA SU EQUILIBRIO
TERMODINÁMICO,
LA MUERTE
(entropía máxima)

27. En los sistemas abiertos o cerrados
La entropía puede mantenerse
constante disminuirse

28. Seres Vivos
La entropía de su interior
¿Cómo?
la disminuyen
pero
Energía útil
sistema +
entorno
disminuye
(aunque la del
sistema
aumente)
Introducen energía del
medio constantemente
Energía
exergónica
del Sol
Realizan
reacciones
endergónicas:
construyen
macromoléculas
Con la respiración
aumentan
la entropía del
entorno
Seres Vivos
La entropía de su interior
¿Cómo?
la disminuyen

29. ¿ Qué tipo de
sistemas somos
los seres vivos ?
¿ Por qué ?

30. SISTEMAS MEDIOAMBIENTALES CARACTERÍSITCAS
 EFICIENCIA => energía utíl, el trabajo o la salida de energía dividida por la energía
consumida =>
Eficiencia= trabajo o energía producida/ energía consumida
Eficiencia = salidas/entradas
(multiplicado por 100% si se quiere expresar por un porcentaje)
1. COMPLEJIDAD Y ESTABILIDAD
La mayoría de los ecosistemas son muy complejos. Es más
probable que un alto nivel de complejidad hace más estable el
sistema el cual puede resistir el estrés y los cambios que uno
simple, siempre que pueda tomar otro camino si uno es eliminado.
Si una comunidad tiene un número de depredadores y uno es
eliminado por una enfermedad, los otros se incrementaran
puesto que hay más presas para ellos para comer y el número
de presas no se incrementan. Si el sistema fuese simple
podría perder la estabilidad.
El ecosistema Tundra es bastante simple y por tanto la
población en ellos puede fluctuar ampliamente, Ejemplo: La
población de lemming
https://en.wikipedia.org/wiki/Lemming

31. SISTEMAS MEDIOAMBIENTALES CARACTERÍSITCAS
COMPLEJIDAD Y ESTABILIDAD
 Monocultivos (sistemas en los que hay
mayoritariamente un cultivo) son también simples y por
tanto vulnerables a un propagación repentina de una
enfermedad afectando a una gran área con
devastadores efectos.
Ejemplos: la propagación de la plaga de la patata en
Irlanda (1845-8) proporciona un ejemplo; la patata era el
mayor cultivo de Irlanda y las consecuencias biológicas,
económicas y políticas fueron severas.
http://chrismielost.blogspot.com.es/2012/05/la-patata-la-gran-
hambruna-irlandesa-y_13.html
Memorial de la Gran Hambruna en Dublín dedicado a los
1.383.350 muertos que se produjeron durante la Gran Hambruna
Irlandesa que pudieran ser más y a los que podríamos añadir las
otras víctimas, los emigrantes que tuvieron que abandonar su
tierra, su hogar y las pocas posesiones que tenían para tratar de
buscar las oportunidades que le eran negadas en su propia
nación (imagen procedente de
http://innisfree1916.wordpress.com )

32. SISTEMAS MEDIOAMBIENTALES CARACTERÍSITCAS
2. EQUILIBRIO ESTABLE => Es la tendencia del
sistema a retornar a su estado original de
equilibrio después de una perturbación.
3. EQUILIBRIO ESTADO ESTACIONARIO => condición
de un sistema abierto en la que no hay
cambios a largo plazo, pero en la que
puede haber oscilaciones a muy corto
plazo.
Los ECOSISTEMAS al ser SISTEMAS ABIERTOS un
EQUILIBRIO ESTABLE, ya sea en un equilibrio en
estado estacionario o en un equilibrio alcanzado a lo
largo del tiempo (la sucesión, por ejemplo), y mantenido
por la estabilización de bucles de retroalimentación
negativa.
http://ecosistemasnatura5.blogspot.com.es/2013/11/funcionamie
nto-de-los-ecosistemas.html
El EQUILIBRIO evita cambios súbitos en los
sistemas, aunque esto no significa que no
tengan cambios.
El estado estacionario de equilibrio es
característico de los sistemas abiertos
donde hay continuas entradas y salidas de
energía y materia , pero el sistema como
un todo permanece en más o menos en el
estado constante. (Ejemplo: el climax de
un ecosistema)

33. SISTEMAS MEDIOAMBIENTALES CARACTERÍSITCAS
2. EQUILIBRIO
La REALIMENTACIÓN NEGATIVA estabiliza al sistema en
torno el estado estacionario. Tiende a amortiguar, neutralizar o
contrarrestar las desviaciones del estado de equilibrio,
estabiliza el sistema manteniéndolo en el equilibrio estacionario.
En el equilibrio estacionario no hay grandes cambios pero
puede haber pequeñas fluctuaciones a corto plazo. Ejemplo un
cambio en el clima, el sistema retornará a su previa condición
de equilibrio tras la eliminación de la perturbación
Algunos sistemas pueden someterse a largo plazo a cambios
en su equilibrio mientras conserven la integridad del sistema
(Ejemplo: sucesión ecológica)
http://ecosistemasnatura5.blogspot.com.es/2013/11/funcionamie
nto-de-los-ecosistemas.html
Los bucles de retroalimentación negativa (estabilizantes)
se dan cuando la salida de un proceso inhibe o invierte la
operación del mismo proceso de forma tal como para
reducir el cambio, contrarrestando la desviación

34. Límite de carga (k)
Tiempo
Nº
individuos
(N)
Crecimiento
exponencial
Crecimiento
logístico
EQUILIBRIO ESTACIONARIO
=>fluctuaciones de la población entorno
al límite de carga. No hay cambios a
largo plazo, sí oscilaciones a corto plazo.

35. Ejemplos de mantenimiento del ESTADO
ESTACIONARIO de equilibrio(se mantienen por
realimentación negativa)
http://www.deperu.com/abc/como-hacer/2828/como-limpiar-un-
tanque-de-agua
Tanque de agua
En economía, la bolsa puede ser estable
pero hay flujo de entradas y salidas en la
bolsa.
http://rpolio.blogspot.com.es/2014/09/la-bolsa-de-
valores.html

36. En ecología, una población de hormigas o de cualquier organismo puede
permanecer constante, pero los organismos nacen y mueren. Cuando los
nacimientos y las defunciones son iguales no hay cambio neto en la población.
http://www.hormigapedia.com
Un ecosistema maduro, como un bosque está en
estado de equilibrio estacionario siempre que no
haya cambios a largo plazo. Parece lo mismo para
largos periodos de tiempo aunque todos los árboles y
demás . organismos estén creciendo o moribundos
o estén siendo remplazados por otros más jóvenes.
Sin embargo, hay flujo de entradas y salidas del
sistema (la luz entra desde el sol, la energía sale en
forma de calor; la materia entra con la lluvia y los
gases las salidas son debidas a la lixiviación del
suelo. Sin embargo a lo largo de los años hay un
equilibrio entre las entradas y salidas.

37. Relación
causal
Complejas • Lo normal es que los sistemas se regulen por ambos bucles
• Es el resultado combinado de ambos bucles sobre el tamaño de la población:
r = TN – TM
– Si r > 0  TN >TM  la población crece
– Si r < 0  TN < TM  La población decrece
– Si r = 0  TN = TM  equilibrio estacionario, crecimiento cero o estado
estacionario.
Potencial biótico (r)

38. Relación
causal
Complejas
– Si r = 0  TN = TM  equilibrio estacionario, crecimiento cero o
estado estacionario.
Potencial biótico (r)
 Crecimiento cero  se corresponde con curva sigmoidea o logística
 Se alcanza la capacidad de carga: máximo nº de individuos que se pueden
mantener en determinadas condiciones ambientales

39. http://m.efdeportes.com/articulo/el_desarrollo_del_equilibrio_en_el_are
a_de_educacion_fisica/53
Gente que se mantiene en un peso
constante, aunque quemen todas las
calorías que se obtienen de la comida. En
caso de que aumente o disminuya el peso
no hay estado de equilibrio estacionario.
Mantenimiento de la Temperatura constante del
cuerpo. Sudamos y tiritamos para mantener la
Tª corporal en torno a 37ºC.

40. Equilibrio estático
No hay cambio a lo largo del tiempo.
Ejemplos:
Una pila de libros los cuales no se mueven a menos que sean derribados.
Un montón de piedras
Cuando un equilibrio estático es perturbado adoptará un nuevo equilibrio como
resultado de la perturbación.
No cambian su posición o estado, no ocurre en los sistemas vivos puesto que
presentan intercambios de energía y materia.
SISTEMAS MEDIOAMBIENTALES CARACTERÍSITCAS

42. Ejemplos de equilibrio estable e inestable
EQUILIBRIO ESTABLE el sistema tiende a
retornar al mismo equilibrio después de una
perturbación.
En un EQUILIBRIO INESTABLE el sistema
retorna a un nuevo equilibrio después de una
perturbación (Ejemplo el posible cambio
climático actual que nos llevaría hacia un clima
más cálido.)

43. BUCLES DE REALIMENTACIÓN
POSITIVOS, DESESTABILIZANTES:
 Cambian un sistema a un nuevo estado.
 Desestabilizan a medida que el cambio aumenta.
 Tenderán a amplificar los cambios y a conducir al
sistema hacia un punto de inflexión en el que se
adopte un nuevo equilibrio.
NEGATIVOS, ESTABILIZANTES:
 Retornan a su estado original.
 Se dan cuando la salida de un proceso inhibe o invierte
la operación del mismo proceso de forma tal como para
reducir el cambio, contrarrestando la desviación.
 Se estabilizan a medida que el cambio se reduce.

44. Relación
causal
Complejas
Retroalimentación positiva
Bucles de realimentación o retroalimentación:
la acción de un elemento sobre otro hace que a
su vez este último actúe sobre el primero
BA
+
+
+
• Cuando una variable aumenta, otra aumenta, lo
que hace que aumente a su vez la primera
• La causa aumenta el efecto y el efecto aumenta la
causa
• Esto provoca un crecimiento
incontrolado del sistema y continuará
mientras el entrono lo permita.
• Comportamiento explosivo  desestabilización del sistema

45. Relación
causal
Complejas Retroalimentación negativa
BA
+
-
-
• Cuando una variable aumenta y la otra también,
pero esta última hace que la primera disminuya
• Al aumentar la causa aumenta el efecto, y el
aumento del efecto amortigua la causa.
•Este tipo de bucles tienden a
estabilizar el sistema por eso se llaman
estabilizadores u homeostáticos

46. 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 homeostáticos

50. 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 descontroladamente, por lo
que se dice que presenta un comportamiento explosivo que desestabiliza los
sistemas

53.  La resilencia es una medida de como el
sistema responde a una perturbación. Es
la habilidad del sistema a retornar a su
estado inicial después de una
perturbación. Si la resilencia es baja se
entrará en un nuevo estado.
 Cuanto mayor es la resilencia del sistema
mayor perturbación puede afrontar el
sistema.
 La resilencia en general es considerada
como positiva. Ejemplo los bosques de
Eucalipto en Australia que tienen una alta
resilencia porque después de un fuego
sus troncos crean brotes y como las
demás especies han sido destruidas no
presentan competencia.
 La resilencia también puede ser
considerada negativa, por ejemplo con
las bacteria patógenas resistentes a
antibióticos
RESILENCIA DEL SISTEMA
La resilencia de un sistema, ecológico o social, alude a su
tendencia a evitar los puntos de inflexión y a mantener la
estabilidad

54. TIPPING POINTS (PUNTOS DE INFLEXIÓN)
Pequeños cambios en un sistema puede
que no produzcan grandes cambios,
pero cuando estos cambios alcanzan el
umbral de equilibrio, el punto de
inflexión el sistema puede
transformarse y cambiar a otro con
comportamiento muy diferente.
La realimentación positiva conducirá al
sistema a un nuevo equilibrio estable.
Los ecosistemas alcanzan un punto de
inflexión cuando experimentan un cambio a
un nuevo estado in el cual hay
significativos cambios en su biodiversidad
y en los servicios que ofrece.
http://www.ebooksampleoup.com/ecommerce/view.jsp?ID=000777721d4f8389
96e8a

55. Factores que afectan la resilencia de un ecosistema
http://www.gerrymarten.com/ecologia-humana/capitulo11.html
Mayor resilencia:
Cuanto mayor diverso y complejo es un ecosistema la resilencia aumenta puesto que hay más
interacciones entre las diversas especies.
Cuanto mayor diversidad genética en una especie.
Especies con una amplitud geográfica grande.
Cuanto más grande es el ecosistema, porque los animales pueden encontrase entre ellos y hay
menos efecto borde.
El clima tropical aumenta la resilencia porque la luz, la temperatura y el agua no están limitados por
lo que la tasa de crecimiento es alta, mientras que en el Ártico el crecimiento de las plantas es bajo
porque la fotosíntesis es baja.
La rapidez de reproducción. “r estrategas cuya reproducción es rápida pueden recolonizar el sistema
mejor que los k estrategas”.
Los humanos pueden eliminar o mitigar las amenazas del sistema (eliminar la contaminación,
reducir las especies invasoras) y esto produce como resultado mayor resilencia.

56. Características de los puntos de inflexión
 Los cambios de realimentación positiva hacen que sean irreversibles.
Ej: deforestación => reduce la lluvia => aumenta el riesgo de
incendios => aumenta la deforestación.
 Hay un umbral a partir del cual son más rápidos los cambios.
 El punto límite no puede ser predicho de forma precisa.
 Los cambios son de larga duración.
 Los cambios no revierten a su estado original.
 Hay un significativo lapso de tiempo entre la presión que conduce al
cambio y la aparición de impactos creando grandes dificultades en la
toma de decisiones.

57. Ejemplos puntos de inflexión
EUTROFIZACIÓN, el lago
llega a estar eutrofizado y le
llevaría un gran esfuerzo
volver a su estado inicial
http://triplenlace.com/2012/09/27/eutrofizacion-causas-y-efectos/
EXTINCIÓN DE ESPECIES CLAVES. Los
elefantes “son una especie clave y eliminarlos
significa alterar el hábitat. Puede transformar el
ecosistema en un nuevo estado el cual no puede
ser revertido
http://ecoplanetaverde.com/?tag=trafico

58. https://geekcom.wordpress.com/2009/07/08/
MUERTE DE LOS
ARRECIFES DE CORAL, la
acidificación de los océanos
mata a los arrecifes de coral
y no puede ser regenerado.
http://ocw.unican.es/ciencias-sociales-y-juridicas/biogeografia/materiales/tema-6/6.3.4-el-litoral-
de-los-tropicos-manglares-y
http://ocw.unican.es/ciencias-sociales-y-
juridicas/biogeografia/materiales/tema-6/6.3.4-el-litoral-de-
los-tropicos-manglares-y

59. 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.
 Dar sombra a la Tierra. KUNZING, Robert. National Geographic. Octubre 2009.