El documento presenta una introducción al estudio del medio ambiente desde una perspectiva multidisciplinar. Define el medio ambiente como el conjunto de componentes físicos, químicos, biológicos y sociales que pueden afectar a los seres vivos y las actividades humanas. Explica que el estudio del medio ambiente implica tanto un enfoque analítico como holístico y utiliza modelos, como los de sistemas, para representar la realidad de forma simplificada.
CTMA. Tema 1 y 2. Concepto de medio ambiente y teoría de sistemas. Humanidad ...irenebyg
Índice:
- Concepto de medio ambiente.
- Funciones del medio ambiente.
- Influencia del ser humano sobre el entorno.
- Riesgos.
- Impactos.
- Los sistemas y modelos.
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. Del sistema nos interesa el
comportamiento global.
Ejemplos de sistemas:
– Un ordenador
– Un coche
– Un ser vivo
7. Un ordenador,formado por:
– elementos (fuente de alimentación,
teclado, pantalla, ratón, etc.)
– elementos están conectados entre sí
para su funcionamiento, cada elemento
tiene su función
– la actuación conjunta de todos los
elementos confiere al ordenador unas
propiedades emergentes (funciones)
que son sus distintas aplicaciones
(tratamiento de textos, juegos...).
8. El sistema ordenador:
recibe energía eléctrica para su funcionamiento
y la emite en forma de calor y de luz a través de
la pantalla.
La persona que utilice el ordenador le transmite
información para su funcionamiento y, a su vez,
recibe la información que el ordenador
proporciona.
9. USO DE MODELOS
Para el estudio de la dinámica de
sistemas se utilizan modelos, es
decir: versiones simplificadas de la
realidad.
Modelos:
– Mentales
– Formales
10.
11. 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.
12.
13. 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.
14. 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.
16. La diferencia entre modelos:
– Mentales y formales
Es la forma en que conseguimos la
información:
– Pensando
– Usando fórmulas
17. 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.
18. 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.
19. Un sistema abierto: una ciudad.
– Entran materiales y energía, sale calor,
productos manufacturados y desechos.
Un sistema cerrado:
– Podríamos considerar el planeta como
un sistema cerrado.
– Prácticamente no entra materia (se
escapan algunos gases al espacio y del
espacio entra polvo-partículas-
meteoritos, pero la materia que entra y
sale es despreciable a efectos globales.
Un sistema aislado:
– Podría ser el sistema solar
20. Energía en los sistemas
Los modelos han de cumplir:
1ª ley de la termodinámica o de
conservación de la energía. “La energía no
se crea ni se destruye, se transforma”
21. 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.
– En cada transferencia, la energía se
transforma y suele pasar de:
una forma mas concentrada y organizada a otra
mas dispersa y desorganizada.
22. –La entropía hace referencia al:
aumento del desorden, más
entropía más desorden.
–La tendencia natural del Universo
es hacia:
un estado de máxima entropía (al
máximo desorden y menor
complejidad), pero los seres vivos
se oponen a esta tendencia porque
son sistemas ordenados.
23. 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.
24. Diagramas o relaciones
causales
Relaciones simples:
– Directas.
– Inversas
– Encadenadas
Relaciones complejas:
Realimentación o retroalimentación:
– Positiva
– Negativa u homeostáticos.
32. EJ. 2 Pag.16: Diagrama causal.
Variables: Lluvia, pastos, agua, vacas y alimentación humana.
33. Son relaciones complejas la última variable afecta
a la primera, formando un círculo sin fin.
Pueden ser negativas o positivas:
– dependiendo de que la última variable influya en
distinto sentido o en el mismo sentido a la
primera variable respectivamente.
– Es más fácil que uses el truco de que:
si el número de relaciones negativas es par la
retroalimentación es positiva
si el número de relaciones causales negativas es
impar es una realimentación negativa.
Relaciones complejas:
Retroalimentación
34. Relaciones complejas:
Retroalimentación
Bucles de retroalimentación 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.
Ej: Al aumentar A, aumenta B, al aumentar B aumenta A.
35. Si ponemos un micrófono frente a un altavoz que reproduce el
sonido proveniente del micrófono, escucharemos un fuerte
pitido debido a la retroalimentación establecida entre el sonido
producido y el captado.
36. Modelo de crecimiento de
una población
TNNNN ttt *1 +=+
Si aumenta la
natalidad, aumento
población.
37. 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.
38. Realimentación o
retroalimentación negativa
Termostato de una calefacción:
– Si Tª ambiente menor que la establecida,
se encenderá la calefacción.
– Si Tª ambiente mayor que la establecida
la calefacción se apagará.
– De esta forma se mantiene estable la
temperatura.
40. 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
41. El crecimiento anual de la población
se determina por la fórmula:
TMNTNNNN tttt **1 −+=+
)1(1 rNN tt +=+
42. Problema
Supón que a un campo de trigo llegan
30 ratones con TN=2 y TM=0,5. Estas
tasas se mantienen 4 años. Durante el
5º y 6º año, las tasas son TN=1 y
TM=0,7. A partir del 7º año ambas
tasas son 0,9.
– Calcula cuántos ratones hay cada año.
– Intenta explicar porqué se dan
variaciones temporales en las tasas y
cuándo se logra el estado estacionario.
46. 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.
47. MODELOS DE REGULACIÓN
DEL CLIMA TERRESTRE
LA TIERRA COMO SISTEMA DE CAJA
NEGRA: Sistema cerrado (despreciamos la
entrada de materia)
48. LA TIERRA COMO SISTEMA CAJA BLANCA
S(clima) = A U H U B U G U C Equilibrio dinámico
49. Las principales
interacciones climáticas
El efecto invernadero y su incremento.
El efecto albedo
Las nubes
La existencia de polvo atmosférico
Volcanes
Las variaciones de la radiación solar
incidente
La influencia de la biosfera
50. Efecto invernadero
¿Es un fenómeno natural? ¿En qué
consiste?, ¿es beneficioso para la
vida en la Tierra?
¿Cúales son los gases de efecto
invernadero?
52. EL EFECTO ALBEDO
Porcentaje de la radiación solar reflejada por la
tierra, del total de energía solar que recibe.
53. Las nubes
Doble acción:
• Aumentan el albedo.
• Incrementan el efecto
invernadero.
Su acción depende de la altura de las
nubes:
– Si nubes bajas- aumento albedo.
– Si nubes más altas- incremento efecto
invernadero
56. VOLCANES
También pueden
provocar un doble
efecto sobre el
clima:
Descenso de la Tª:
Al inyectar polvo.
Aumento de la Tª:
Por las emisiones de
CO2.
Originan descenso
Tª a corto plazo y
un ascenso a
largo plazo.
57. VARIACIONES DE LA RADIACIÓN SOLAR
Excentricidad de la órbita
Inclinación del eje
Posición del perihelio
60. INFLUENCIA DE LA
BIOSFERA
Reducción de los niveles de CO2:
transformación en materia orgánica y
almacenaje en combustibles fósiles.
Aparición de 02 atmosférico.
Formación de la capa de ozono.
Aumento del nitrógeno atmosférico
63. 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.
64. 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.
65. 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). ...
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.
66. 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.
67. 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
70. 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 la 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 los que hemos conocido hasta ahora,
76. 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.
77. 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.
78. • 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.
82. "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?.
83. 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.
