El documento describe conceptos clave relacionados con el estudio del medio ambiente desde una perspectiva de sistemas, incluyendo el enfoque multidisciplinario, los enfoques analítico y holístico, los sistemas y la dinámica de sistemas, el uso de modelos, los diferentes tipos de modelos (mentales, formales, de caja negra y blanca), diagramas causales, bucles de realimentación, y ejemplos ilustrativos de estos conceptos.

1. DEFINICIÓN:
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

2. ESTUDIO MEDIO
AMBIENTE
 Enfoque Multidisciplinar:
 Diferentes puntos de vista: Ecología,
Economía, Sociología, Derecho,
Biología, Geología, Física, Química,
Matemáticas, Ingeniería, Arquitectura,
Medicina y Geografía.

3. Enfoque reduccionista
 Método analítico: consiste en dividir o
fragmentar nuestro objeto de estudio
en sus componentes más simples y
observarlos por separado.

4. 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.

5. SISTEMAS Y DINÁMICA
DE SISTEMAS
 Def. sistema: es un conjunto de partes
operativamente interrelacionadas, en el
que unas partes actúan sobre otras y
del que interesa considerar
fundamentalmente el comportamiento
global.
 Un sistema es algo más que la suma de
sus partes.

6. USO DE MODELOS
 Para el estudio de la dinámica de
sistemas se utilizan modelos, es decir:
versiones simplificadas de la realidad

8. 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.

10. Un modelo no es
la realidad
Un modelo es una
simplificación de la realidad y
no es aplicable fuera del
entorno para el que fue
formulado.

11. 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.

12. Ejemplo: modelo depredador-presa
dN / dt = r1 * N1 − P * N1 * N 2
dN / dt = a * P * N1 * N 2 − d 2 * N 2

13. MODELOS DE SISTEMAS DE
CAJA NEGRA
 Un modelos 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.

14. Tipos de modelos de
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.

15. Energía en los sistemas
 Los modelos han de cumplir:
 1ª ley de la termodinámica o
conservación de la energía.

16.  2ª Ley de termodinámica: La entropía.
Parte no utilizable de la energía contenida
en un sistema.Es una medida del desorden
de la energía de un sistema.

17. MODELOS DE SISTEMAS
DE 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.

18. Ej.1 Pag.18

19. DIAGRAMAS CAUSALES
Relaciones simples
 Directas: o positivas, si aumenta A causa un
aumento de B. Recíprocamente si disminuye
A, disminuye B.

20.  Inversas:Si aumenta A disminuye B o si
disminuye A aumenta B

21.  Encadenadas: cuando hay varias
variables unidas.

22. Veamos los siguientes
ejemplos:
P
E
S
O +
CE
OT
NO
SN
U
M
OD
E
A
L
IS
M
+

23. Ejemplo 2
+ O
F
E
R
T
A
+ D
E
M
A
N
D

24. Ejemplo 3
PEA
RRD
EEE
PLS
AX
RM
SE
PN
A
+ +
R
E
S
U
L
T
A
D
O
CTM

25. Ejemplo 4
- P
O
B
L
A
C
I
ON RA
EC
CI
U
R
ST
O
P
E
R
PA +

26. Ejemplo 5 +
+
+
NACIMIENTOS POBLACION
MUERTES
+ -

27. EJ. 2 Pag.18: Diagrama causal.
Variables: Lluvia, pastos, contaminación, agua, vacas y alimentación
humana.

28. Relaciones complejas:
Realimentación
Bucles de realimentación positiva: La
causa aumento el efecto y el efecto
aumenta la causa.
Se establecen en cadenas cerradas que
tienen un número par de relaciones
inversas.

30. Modelo de crecimiento de
una población
N t +1 = N t + N t * TN

31.  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.

33. 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

34.  El crecimiento anual de la población
se determina por la fórmula:
N t +1 = N t + N t * TN − N t * TM
N t +1 = N t (1 + r )

36. EJ.3

37. EJ.4

38.  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,

39. Ej. 6
Crecimiento de población de ratones

40. Ej. 8 Curvas de crecimiento

41. PASOS A SEGUIR PARA
MODELAR UN SISTEMA
 Formación de un modelo mental:
Observación, formulación de hipótesis y
elección de variables.
 Diseño de un diagrama causal:
Unimos las variables mediante flechas .
 Elaboración de un modelo formal o
matemático.
 Simulación de diferentes escenarios.

42. EJ.7

43.  Observa el diagrama e indica si es un
sistema cerrado o abierto razonando tu
respuesta.
Energía solar Alfalfa Conejo Hombre Calor

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

45. LA TIERRA COMO SISTEMA CAJA BLANCA
 S(clima) = A U H U B U G U C Equilibrio dinámico

46. EL EFECTO INVERNADERO
 Provocado por ciertos gases: vapor de agua, CO2,
CH4, N2O.

47. EL EFECTO ALBEDO
 Porcentaje de la radiación solar reflejada por la
tierra, del total de energía solar que recibe.

48. Las nubes
 Doble acción:
• Aumentan el albedo.
• Incrementan el efecto
invernadero.
 Su acción depende de la altura de las
nubes.

49. Modelo funcionamiento del clima
Radiación
Dos bucles antagónicos: Equilibrio dinámico

50. Polvo atmosférico
 Provocado por:
- Emisiones volcánicas
- Meteoritos
- Contaminación
atmosférica

51. VOLCANES
 También pueden
provocar un doble
efecto:
Descenso de la Tª:
Al inyectar polvo.
Aumento de la Tª:
Por las emisiones de
CO2.

52. VARIACIONES DE LA RADIACIÓN SOLAR
 Excentricidad de la órbita
 Inclinación del eje
 Posición del perihelio

53. INFLUENCIA DE LA BIOSFERA
VIDA PRECÁMBRICO

54. EVOLUCIÓN DE LA ATMÓSFERA

55. INFLUENCIA DE LA
BIOSFERA
 Reducción de los niveles de CO2:
transformación en materia orgánica y
almacenaje en combustibles fósiles.
 Aparición de 0 atmosférico.
2
 Formación de la capa de ozono.
 Aumento del nitrógeno atmosférico

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

58. 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.

59.  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.

60.  Los efectos de hasta
las formas de vida más
básicas sobre un
planeta son globales, y
de que las pruebas de
la vida, o firmas
biológicas, de la
atmósfera de un
planeta o de su
superficie serán
reconocibles en el
espectro de la luz del
planeta.
Cuando se calienta un material hasta la incandescencia emite una luz cuyo
espectro depende de la configuración atómica del material. Cada grupo de
frecuencias de luz hace aparecer bandas claramente definida en la escala que
son su huella característica (algo así como las huellas digitales en los humanos).
...

61.  La prueba
espectroscópica
más convincente
de la vida tal y
como la
conocemos es la
detección de
grandes
cantidades de
oxígeno tanto
como de gases
reducidos, tales
como el metano y
el óxido nitroso.

62. El Mundo de margaritas de Lovelock es una planeta hipotético parecido al nuestro, del mismo tamaño
y orbitando alrededor de una estrella similar a nuestro sol. Como nuestro sol, esa estrella ha crecido
haciéndose progresivamente más brillante a lo largo del tiempo, radiando más y más calor. Aunque la
temperatura de la superficie de Daisyworld ha permanecido aproximadamente constante a lo largo de
toda su historia.
 Esto ocurre porque la biosfera del planeta, que consiste de
margaritas oscuras, claras y grises ha actuado para moderarla.
Las margaritas influencian la temperatura de la superficie a
través del efecto albedo. Las oscuras absorben la mayor parte
del calor, las claras reflejan la mayor parte del calor al espacio
y las grises absorben tanto como reflejan. Veamos el
procedimiento por el cual las reflectividades de los distintos
tipos de margaritas afectan la temperatura global.
A: cuando el sol era relativamente joven, las margaritas
oscuras eran la especie dominante porque sus agrupamientos
creaban oleadas de calor que favorecían su crecimiento.
Rápidamente el planeta se pobló de margaritas oscuras y su
efecto fue incrementar la temperatura global a un valor vital.
B: cuando las margaritas oscuras habían establecido una
temperatura confortable, margaritas grises y claras
comenzaron a prosperar por las excelentes condiciones. Al
principio, las grises prosperaban mejor que las blancas pues se
agrupaban mejor produciendo temperaturas locales suficientes
como para sobrevivir.
C: Eventualmente, la radiación solar alcanzó un punto en el
cual la temperatura de la superficie no moderada excedió la
temperatura máxima tolerable por las margaritas oscuras.
D: En ese momento, las margaritas claras comenzaron a
convertirse en la especie dominante a causa de oleadas de
fresco que favorecían su propagación. A medida que se
propagaban su efecto colectivo era decrecer la temperatura
global a un punto más arriba del cual no había posibilidad de
vida. . De ésta forma, las margaritas claras, sin tener
conocimiento del planeta como un todo, actuaban como control
del medio

63. Ej. 9

64. Ej. 10

65. Ej. 12

66. 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.

67. 1. Los modelos A y B representan dos
posibles consecuencias de un aumento de
las precipitaciones en una cuenca
hidrográfica.
• a) Decide,
razonadamente, si A y
B representan
retroalimentación
positiva o negativa.
• b) Cita al menos dos
factores que
determinen el
desarrollo de un
modelo u otro. ¿Cómo
actúan esos factores?
• c) Propón dos
acciones o medidas
que favorezcan el
modelo A. Explica
cómo actuarían estas
acciones.

68. • A) Los dos modelos presentan retroalimentación
positiva. En ambos, una perturbación produce cambios
que amplían progresivamente los efectos de la
perturbación.
• b) Factores a tener en cuenta para el desarrollo de un
modelo u otro: la cubierta vegetal previa al cambio en
la precipitación, el tipo de suelos o la pendiente. Modo
de actuación; por ejemplo: una escasa vegetación
previa provocará un aumento de erosión antes de que
pueda desarrollarse la vegetación.
• c) Dos medidas que favorecen al modelo A:
reforestación, las prácticas agrícolas que favorezcan la
infiltración y entorpezcan la erosión, o la adecuación
del uso a cultivos que no dejen el suelo desnudo en
época de lluvia.

70. Proceso de eutrofización

71. ¿cuántos subsistemas puedes identificar
en el siguiente diagrama?

72.  "Un problema del tamaño de un planeta" Adaptado de The
Economist 5.nov.1994 pp93-95 (Sólo algunos párrafos que se refieren
más directamente a modelos. El artículo trata del cambio climático)
 El programa de investigación sobre el "cambio global" -que incluye el
cambio climático, la disminución del ozono, el uso de recursos y la
biodiversidad- que fue iniciado al final de los años 80 ha revolucionado
las ciencias de la Tierra y buena parte de la Biología. Ha significado una
nueva era en la investigación científica al exigir la cooperación entre
proyectos de muy distintos tipos de científicos: microbiólogos y
especialistas en las ciencias del espacio, botánicos y paleontólogos.
 Y ha sido, también, una gran fuente de dinero para estas
investigaciones. El presupuesto del año 1995 en América para la
investigación del cambio global fue de casi dos mil millones de dólares
y miles de científicos en el resto del mundo están gastando miles de
millones más.
 Estos científicos tienen un objetivo en su investigación que puede
parecer incluso mayor que su presupuesto. Su empeño es hacer un
modelo total, que sirva para hacer predicciones de los procesos físicos,
químicos y biológicos que regulan la Tierra -un modelo de como todos
los sistemas que actúan en el planeta funcionan en conjunto. Con un
modelo de este tipo podrían conseguir repetir y controlar una especie
de experimento global a base de hacerlo funcionar en sus ordenadores
una y otra vez, mientras van cambiando los diferentes parámetros.
Dado que el cambio global podría suponer costos de billones de
dólares en las próximas décadas, no prevenir este problema sería una
falta de responsabilidad. Pero, ¿realmente el modelo que se intenta
construir será capaz de evitar la catástrofe?.

73.  Para los científicos lo normal es fijarse en un aspecto del mundo
mientras dejan de lado todo el resto. Las distintas ramas de la
ciencia que han estudiado y modelado diversos aspectos de los
sistemas terrestres han tenido las anteojeras puestas en mayor o
menor grado. El cambio climático les ha obligado a trabajar en
común. Y al hacerlo así han visto lo que los demás aportan. Los
biólogos han comprobado las ventajas de los datos obtenidos por
satélite; y los modeladores del clima la importancia de la
biosfera.
 Ya se ha obtenido algún resultado. Oceanógrafos e
investigadores de la atmósfera colaborando en el programa
TOGA (Tropical Oceans and Global Atmosphere) han
desarrollado un modelo que hace predicciones a largo plazo del
fenómeno climático periódico del Pacífico llamado "El Niño". Sus
previsiones de alteraciones en las precipitaciones ayudan a los
agricultores a ajustar sus planes de cultivo. Así se logró
mantener el rendimiento agrícola en Perú en 1986-87 y de nuevo
en Brasil en 1991-92, a pesar de la sequía. La confianza en que
los nuevos modelos capaces de predecir el clima y los cambios
ecológicos traerán beneficios económicos como estos, ha
convertido a la ciencia del cambio global en la nueva gran
favorita.
 Predicciones como la de "El Niño" han sido posibles al traducir
una visión conceptual del mundo en un modelo computacional.