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Tema 1
Medio ambiente y teoría de sistemas




               Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas   1
Definición de medio ambiente


Conferencia de la ONU para el Medio Ambiente humano.
Estocolmo 1972.



 “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.”




                         Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas   2
Estudio del medio ambiente

    Las Ciencias de la Tierra y medioambientales estudian las
      interacciones del planeta y de la biosfera, e intentan dar respuesta
      a los problemas de nuestro mundo y buscar soluciones.


    Es una disciplina integradora, abierta y sintética, que aúna diversos
      conocimientos.


    Intervienen disciplinas tan diferentes como: Ecología, Economía,
      Sociología, Derecho, Biología, Geología, Física, Química,
      Matemáticas, Ingeniería, Arquitectura, Medicina y Geografía.




                             Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas     3
Enfoques del estudio del medio ambiente

                            Punto de vista económico:
    El medio ambiente es una fuente de recursos naturales, un soporte de
    actividades productivas y un receptor de desechos y residuos.


                    Punto de vista administrativo operativo:
    Sistema constituido por el hombre, la flora, la fauna, el suelo, el aire, el
    agua, el clima, el paisaje, los bienes materiales, el patrimonio cultural y
    las interacciones entre todos estos factores.


                             Punto de vista ecológico:
    Suma de todos los factores físicos y biológicos que actúan sobre un
    individuo, una población o comunidad, es decir incluyen el entorno vital.
    (Al hablar de individuo no se refiere necesariamente a seres humanos).


                              Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas          4
Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas   5
Teoría general de sistemas

Un sistema (del griego sistema = conjunto o reunión)
es un conjunto de elementos que se relacionan entre
sí para llevar a cabo una o varias funciones.

En un sistema nos interesa el comportamiento global.

Pueden considerarse sistemas un ordenador, un
automóvil, un ser vivo, etc.




                     Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas   6
Los sistemas presentan las siguientes características:

1. Están formados por elementos.

2. Cada elemento tiene una función específica en el sistema y se relaciona
   con los demás elementos.

3. Los elementos interaccionan para desempeñar una o varias funciones,
   superiores a la suma de las partes, que reciben el nombre de
   propiedades emergentes. (Sinergia)

4. Los sistemas no están aislados, hasta ellos llegan energía y materia
   necesarias para su funcionamiento. Además reciben información del
   exterior del sistema que desencadena su actividad.

5. Los sistemas también producen materia y emiten energía e información,
   como resultado de la función que desempeñan.




                              Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas    7
Esta forma de análisis mediante sistemas permite estudiar
fenómenos de distinta complejidad desde el funcionamiento de una
célula hasta el planeta Tierra




                                          Los sistemas más complejos están
                                          constituidos  a    su    vez    por
                                          subsistemas, y estos, a su vez, por
                                          componentes más sencillos




                           Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas          8
Los límites del sistema
Un sistema es una porción del                                               Energía
espacio y su contenido.                                                     entrante

Todo sistema se encuentra
dentro de una superficie cerrada
que lo separa del resto del                                                  Energía
Universo.                                                                  almacenada

La superficie es el límite del
sistema y puede ser real, como
la membrana de una célula, o                                                Energía
ficticia, como el límite que se                                             saliente
establece en una charca o en un
encinar.




                             Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas                9
Tipos de sistemas
Según los intercambios de materia y energía pueden diferenciarse tres
tipos de sistemas:

                    abiertos, cerrados y aislados.




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Sistemas abiertos:


Son aquellos que intercambian materia y energía con el exterior.

Todos los sistemas biológicos son sistemas abiertos, para
mantenerse vivo el sistema debe tomar energía y materia del
exterior, también debe liberar materia y energía (calor) que se
genera en los procesos químicos como la respiración.




                            Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas   11
•Una planta es un sistema abierto que toma materia por medio de sus raíces
y energía lumínica del sol para hacer la fotosíntesis, de la planta sale
materia en forma de gases durante la respiración y la fotosíntesis y energía
calorífica durante la respiración.


•Una planta está constituida por células cuyas propiedades emergentes
consisten en cumplir las funciones vitales de nutrición, relación y
reproducción.

•Otros ejemplos de sistemas abiertos son: un bosque, una pecera, un río,
una ciudad, etc. Así en una ciudad entra energía y materia prima y sale
energía en forma de calor y materiales en forma de desechos y productos
manufacturados.




                               Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas     12
Sistemas cerrados:

Son los que sólo intercambian energía con el
exterior, no intercambian materia, sino que la reciclan.

Es el caso de un ordenador que recibe energía
eléctrica y emite energía calorífica y lumínica, pero la
materia que lo compone es constante.

El Sistema Planeta Tierra es considerado como un
sistema que recibe continuamente energía procedente
del sol, energía electromagnética (luz, etc.) y que
emite al espacio energía en forma de calor (energía
infrarroja), pero apenas intercambia materia con el
exterior, si despreciamos la entrada de materiales
procedentes de los meteoritos dada su poca masa
relativa. (Si tenemos en cuenta esta masa que nos
llega del espacio será un sistema abierto)



                                 Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas   13
Sistemas aislados:

Son aquellos que no intercambian ni materia, ni energía con su
entorno. En realidad no existen este tipo de sistemas, por tanto, son
sistemas teóricos que se utilizan con el fin de simplificar cuando se
estudian sistemas de grandes dimensiones (macrosistemas) como por
ejemplo el Sistema Solar.




                            Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas   14
La energía de los sistemas
Cualquier sistema tiene que cumplir los principios de la termodinámica.

Según la 1ª ley o principio de la conservación de la energía: la energía ni se crea ni se
destruye, solo se transforma. En cualquier sistema la energía que entra será igual a la
energía almacenada más la energía que sale.




                                    SISTEMA
                                                                                 E saliente
                 E entrante
                                     Energía
                                   almacenada


                       E entrante = E almacenada + E saliente


                                   Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas                15
La 2º ley dice que cualquier sistema tiende espontáneamente a un estado de
máximo desorden.

La entropía es una medida del desorden de un sistema. En los sistemas vivos,
la biosfera o el sistema Tierra que poseen un orden elevado la entropía es
baja y la energía está más concentrada.

Por el contrario, en sistemas desordenados la energía está muy dispersa y la
entropía es elevada. Esta energía se disipa en forma de calor y no puede
utilizarse para realizar trabajo.




                               Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas     16
Los seres vivos mantienen su organización y su elevada complejidad
degradando azúcares en la respiración, con lo que expulsan al entorno
materia oxidada ( con una alta entropía) y calor (energía). Son sistemas
abiertos que rebajan su entropía y mantienen su organización y
complejidad aumentando la del entorno.




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Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas   18
Reduccionismo y holismo
El análisis de un sistema se puede abordar desde dos posibles enfoques:

Reduccionista o analítico.
Consisten dividir el objeto de estudio en sus componentes más simples y
observarlos y estudiarlos por separado. Es insuficiente para abordar los estudios
de las ciencias de la Tierra, aunque es útil para muchas disciplinas científicas.


Holístico o sintético.
Estudia el todo o la globalidad y las relaciones entre sus partes sin detenerse en
los detalles. Pone de manifiesto las propiedades emergentes de los sistemas,
resultantes del comportamiento global y de las relaciones de los componentes.


Ej: Las piezas de un reloj por separado no tienen la propiedad de dar la hora; sin
embargo, el reloj montado como un todo, sí.



                                Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas      19
Ambos enfoques son complementarios y deben apoyarse mutuamente para
obtener la imagen más ajustada a la realidad.



         Reduccionismo                                                           Holismo

 Trata de descomponer y analizar                                    Consiste en analizar la
 las partes de un todo, buscando                                 totalidad, la globalidad de un
        «lo más pequeño».                                                   sistema.

       (Método analítico)                                               (Método sintético)




                                   Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas                    20
La representación de los sistemas. Los modelos

Los sistemas suelen representarse mediante modelos.



      Un modelo es una representación simplificada de la realidad,
      que se elabora para facilitar su comprensión y estudio, que
      permiten ver de forma clara y sencilla las distintas variables y
      las relaciones que se establecen entre ellas.



Estas representaciones se         hacen         mediante            dibujos,    esquemas   o
expresiones matemáticas.

Hay diversos tipos de modelos en uso y difieren entre ellos según el propósito que
se persiga. La diversidad va desde el más básico modelo físico como ser una
estatua o maqueta, hasta modelos muy complicados que sólo pueden utilizarse
empleando herramientas informáticas muy poderosas.


                                  Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas                  21
Para que resulten útiles en investigación, los modelos deben cumplir
unas determinadas condiciones:

1. Han de ser menos complicados y de más fácil manejo que las
   situaciones reales.

2. Deben representar la realidad con la mayor fidelidad posible y al
   mismo tiempo han de ser manejables.


Así un modelo muy simplificado se aleja de la realidad, pero se acerca a
la generalidad y es de fácil manejo; por el contrario, un modelo muy
preciso se encuentra muy próximo a la realidad concreta, pero su
utilización puede resultar compleja.

El predominio de una u otra de estas características dependerá de la
utilización que queramos hacer del modelo.




                             Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas   22
Tipos de modelos
      Mentales


       Gráficos


Formales o matemáticos

  De simulación por
     ordenador

          Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas   23
Modelos mentales




Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas   24
Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas   25
Modelos
                                          gráficos




Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas          26
Modelos
                                          gráficos




Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas          27
Modelo para determinar el plegamiento de estratos




     Túnel de viento para simular condiciones
     de deslizamiento de un esquiador


                                   Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas   28
Modelos matemáticos




Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas   29
Modelos de simulación
   por ordenador




                  Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas   30
Modelo de la agitación térmica de un gas.




              Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas   31
Modelos estáticos y dinámicos

Modelos estáticos.

Sus relaciones no dependen del comportamiento del sistema, sólo
analiza su estructura. Por ejemplo, una fórmula en la que se
equiparan la altura y el diámetro de un árbol con su volumen.


Modelos dinámicos.

Describen el funcionamiento de los componentes del sistema a base
de una serie de ecuaciones. Son más realistas que los estáticos.
Por ejemplo, el modelo depredador-presa.




                           Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas   32
Ejemplo: modelo depredador-presa




   dN / dt   r1 * N1 P * N1 * N 2
   dN / dt   a * P * N1 * N 2 d 2 * N 2




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Modelos de caja negra y caja blanca
Es otra forma de utilizar modelos, atendiendo a lo que ocurre en el interior del
sistema.

           Modelo de caja negra                                         Modelo de caja blanca

    Interesan sólo las entradas y salidas de             Se tienen en cuenta las entradas y las salidas,
     materia, energía e información en el                  así como las interacciones, las conexiones
 sistema, y no los elementos e interacciones              interiores y las relaciones entre los posibles
          que suceden en el interior.                                      subsistemas.




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Modelos de caja negra
Nos fijamos sólo en las entradas y salidas de energía, materia, e
información en el sistema, y no en sus elementos ni en las interacciones
que se establecen entre ellos. Por tanto, no interesan los elementos del
sistema ni sus interacciones.

Utilizando la tierra como un sistema de caja negra, podemos considerarla
como un sistema en el que entra y sale energía, la energía que entra es
radiación electromagnética (luz, etc.) y la energía que sale es radiación
infrarroja (calor) procedente de la superficie terrestre.




                               Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas   35
teóricos




Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas              36
Energía
                        solar          Precipitación
                                                                 Evapotranspiración




             CO2

             CO2


                                                                                  Calor




Nutrientes


                                                                                  Lixiviado de
                                                                                   nutrientes




                   Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas                               37
Modelo de caja blanca:

Estudiamos no sólo las entrada y las salidas del sistema,
sino también los elementos del sistema y sus
interacciones.

Lo primero que hay que hacer es marcar las variables
que lo componen y unirlas con flechas que las relacionen
entre sí.

Al diseñar un modelo debemos tener cuidado de incluir
solamente las variaciones que sean estrictamente
necesarias, ya que si aumenta mucho su número, se
pierde claridad debido al complejo de entramado de las
flechas que unen variables.
                      Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas   38
Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas   39
Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas   40
LOS SISTEMAS AMBIENTALES
El medio ambiente es un sistema constituido por un
conjunto de factores físicos, químicos, biológicos,
sociales y culturales que se relacionan entre sí, de
modo que un cambio en un factor repercute en los
otros.

Los factores que intervienen en el medio ambiente son
las variables de este sistema.

La energía del sistema es la del Sol y la materia está
contenida en la Tierra.



                    Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas   41
El medio ambiente se divide en sistemas menores o subsistemas que, a su
vez, contienen otros sistemas menores:


Sistemas Naturales:

   Son los cuatro subsistemas o capas
   de la Tierra: geosfera, hidrosfera,
   atmósfera y biosfera.


Sistemas Humanos:

   Constituidos por los seres humanos y
   las relaciones sociales que se
   establecen entre ellos, así como las
   actividades que desarrolla.

   Los elementos de estos sistemas son
   por ejemplo los lugares de trabajo, los
   colegios, el transporte, etc.


                               Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas   42
Entre los sistemas humanos y los sistemas naturales se establecen
interacciones.

A veces la actividad humana repercute de forma negativa como consecuencia
del desarrollo de los países: Sobreexplotación de los recursos, la deforestación,
contaminación, etc..

La naturaleza también puede afectar negativamente a la especie humana: Los
desastres naturales.




                                Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas         43
Las Ciencias Medioambientales han surgido como base para
resolver estos problemas ambientales que nos aquejan.

Para ello se hace necesario conocer el funcionamiento de
los diferentes sistemas que constituyen el sistema Tierra y
profundizar en el estudio de las relaciones de ellos con la
especie humana, que pueden enfocarse bajo tres aspectos:



 Riesgos derivados de su dinámica.

 Recursos que nos proporcionan.

 Impactos que reciben por la acción antrópica.

                       Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas   44
Relaciones entre los elementos de un sistema


 Los elementos que forman los sistemas están
 relacionados entre sí y funcionan de forma coordinada.

 Los elementos que pueden variar en función de otros
 se denominan variables.

 Las relaciones entre las variables                          de un sistema
 pueden ser de dos tipos:

 1. Relaciones causales simples
 2. Relaciones causales complejas


                       Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas           45
Relaciones causales simples
 RELACIONES SIMPLES ENCADENADAS: Son cambios en cadena positivos o
 negativos o de diferentes signos.


 1. DIRECTAS O POSITIVAS: El cambio de una variable provoca un cambio en
    la otra del mismo signo. Si una aumenta la otra también.

                     Alcohol y Accidentes de tráfico
                     Pendiente – velocidad del agua

 2. INVERSAS O NEGATIVAS: El cambio en una variable provoca un cambio
    en sentido inverso en la otra.

            Uso de cinturón de tráfico y muertes en accidentes
                     Reforestación – erosión del suelo

                            Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas    46
Caudal de los
Precipitaciones
                          +                            ríos


                                                      Materia
Biomasa vegetal
                          +                           orgánica


                                                    Número de
Contaminación
                          -                           peces


                                                  Impacto de la
Biomasa vegetal
                          -                          lluvia




                  Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas      47
El aumento de una de las                                  El aumento de una de las
variables hace que aumente la                              variables hace que disminuya
             otra.                                                     la otra.
    El aumento de materia                                  El aumento microorganismos
 orgánica en un lago hace que                                que utilizan oxígeno para
    aumente el número de                                         respirar provoca la
       microorganismos                                        disminución del oxígeno


                                Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas               48
Relaciones complejas
En las relaciones complejas, también llamados bucles de
retroalimentación, las acciones de un elemento sobre otro
suponen que, a su vez, éste actúe sobre el primero
(modificación de una variable como consecuencia de sus
propios efectos). Pueden ser:

   • Positivas

   • Negativas




                       Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas   49
Cantidad
   Tala del bosque                          Erosión
                           +                                              -         suelo



                                                                                   Cantidad
     Vegetación                             Erosión
                           -                                              -         suelo


Cuando la última variable influye en la primera, se habla de “feed-back o retroalimentación



                                                                                   Cantidad
     Vegetación                             Erosión
                           -                                              -         suelo


                                               +

                                     Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas              50
Relaciones complejas positivas
La variación de una variable en un sentido (aumento o disminución)
produce un cambio de otra variable en el mismo sentido y ésta, a su
vez, influye de la misma manera sobre la primera. Tienen una acción
de refuerzo sobre el proceso inicial.




                        a – Investigación
                        b – Desarrollo
                        c – Biocombustibles                             c   d
  a            b
                        d- Alimentos




                          Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas           51
Relaciones complejas negativas
La variación de una variable en un sentido produce un cambio de otra
variable en el mismo sentido y ésta, a su vez, influye sobre la primera en
sentido opuesto. Tienen una acción reguladora y estabilizan los sistemas en
los que actúan (sistemas homeostáticos). Se consigue un estado de
equilibrio dinámico.




        A                                           B




                              Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas     52
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.

En un sistema encadenado puede haber relaciones negativas intermedias pero
si son en número par el resultado final es positivo.


            Población
               de
             conejos
                                                                          Evapo-
                                                                       transpiración

                         Daños al
 Zorros
                          cultivo




             Venenos                                  Biomasa                          Precipitación
                                                      vegetal


                                Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas                            53
Nuevas
              carreteras




                                     Nuevos
Atascos
                                    vehículos




      Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas   54
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.

Se mantiene un equilibrio en el sistema



                                      __




         Depredadores                                             Presas



                                    +


                                 Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas        55
Sistemas propositivos:

Son sistemas programados para un propósito determinado. Son por ejemplo los
modelos que se utilizan en la fabricación de los electrodomésticos o los que
regulan el comportamiento de un organismo (Modelos cibernéticos).

Estos sistemas son muy adecuados para regular los sistemas homeostáticos,
manteniendo el equilibrio.

La atmósfera y la biosfera también forman un sistema propositivo, ya que se
autoregulan.




                                Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas    56
Cambios en los sistemas
Para estudiar los sistemas con comodidad empleamos los
modelos (estáticos o dinámicos).

Objetivos:

1. Reproducir el comportamiento del sistema y realizar
   previsiones futuras.

2. Acotar límites (no se puede reproducir todo el sistema
   mediante el modelo).

3. Comprobar el efecto de las perturbaciones (naturales o no) en
   el comportamiento del sistema.



                         Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas   57
Sistemas estables (se mantienen en equilibrio):

   Dominio de bucles negativos


Sistema inestables (efecto bola de nieve):

   Dominio de bucles positivos


En la naturaleza hay ambos tipos de bucles, y en función del
momento pueden dominar unos u otros




                        Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas   58
El sistema tierra y sus fuentes de energía

El sistema Tierra está formado por 4 subsistemas:
1.BIOSFERA: Es la cubierta de vida, es decir, el área ocupada por los seres vivos. Las
formas de vida cambian por la evolución y las sucesiones ecológicas.
2.ATMÓSFERA: Envoltura de gases que rodea la Tierra: N, O y CO2, como gases
principales. La composición de la atmósfera original es modificada por los seres vivos.
3.HIDROSFERA: Es la capa de agua que hay en la Tierra. El agua, en estado
líquido, ha permitido el desarrollo de la vida en la Tierra.
4.GEOSFERA: Es la capa sólida de la Tierra. Es cambiante debido a los procesos de
geodinámica externa e interna.
          Algunos autores consideran hablan de otros dos subsistemas, la CRIOSFERA
(capa helada) y la SOCIOSFERA( el ser humano).



                                   Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas            59
La Tierra es un SISTEMA ABIERTO respecto al intercambio de
energía:

• Recibe un flujo continuo de energía solar en forma de
  radiación electromagnética.

• Emite calor al espacio (en forma de radiación infrarroja)La
  Tierra es un SISTEMA que se AUTORREGULA: la temperatura
  media terrestre se ha mantenido constante durante
  millones de años, en torno a los 15 ºC.

• La Tierra está formada por diferentes SUBSISTEMAS
  (atmósfera, hidrosfera, geosfera y biosfera) que no
  funcionan de forma aislada, sino que interaccionan para
  formar un todo conjunto.
                        Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas   60
Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas   61
Ejemplos de diagramas causales

 Consumo de
                                                    Peso
  alimentos



    Oferta                                      Demanda


Prepararse para                              Resultado del
  un examen                                    examen


                                             Recursos per
  Población
                                                cápita



                  Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas   62
+                                                 +

NACIMIENTOS       POBLACION                                         MUERTES




              +                                                 -



                  Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas            63
Variables: Lluvia, pastos, contaminación, agua, vacas y alimentación humana.




                                    Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas   64
?



Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas   65
 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,



                            Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas   66
Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas   67
MODELOS DE REGULACIÓN DEL CLIMA
TERRESTRE
    LA TIERRA COMO SISTEMA DE CAJA NEGRA




                  Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas   68
LA TIERRA COMO SISTEMA CAJA BLANCA




                        Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas   69
EL EFECTO INVERNADERO
  Provocado por ciertos gases: vapor de agua, CO2, CH4, N2O.




                     Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas   70
EL EFECTO ALBEDO
 Porcentaje de la radiación solar reflejada por la tierra,
  del total de energía solar que recibe.




                      Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas   71
Las nubes
 Doble acción:
         Aumentan el albedo.
         Incrementan el efecto invernadero.
 Su acción depende de la altura de las nubes.




                  Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas   72
Modelo funcionamiento del clima




Dos bucles antagónicos: Equilibrio dinámico

                               Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas   73
Polvo atmosférico

 Provocado por:

- Emisiones volcánicas
- Meteoritos
- Contaminación
  atmosférica




                   Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas   74
VOLCANES

 También pueden provocar
  un doble efecto:

Descenso de la Tª:
Al inyectar polvo.

Aumento de la Tª:
Por las emisiones de CO2.




                     Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas   75
VARIACIONES DE LA RADIACIÓN SOLAR
 Excentricidad de la órbita
 Inclinación del eje
 Posición del perihelio




                       Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas   76
INFLUENCIA DE LA BIOSFERA


VIDA PRECÁMBRICO




                   Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas   77
EVOLUCIÓN DE LA ATMÓSFERA




          Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas   78
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


                    Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas   79
Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas   80
Elabora un diagrama causal o de flujo con los siguientes elementos (agua, vegetación, efecto
invernadero, 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.




                                                                                                      __
                                 Cantidad de             +
                  __                                                   Vegetación
                                    agua



        Temperatura                                                                               CO2 atmosférico


                               +                                                              +
                                                      Efecto
                                                   invernadero



                                                Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas                         81
1. Los modelos A y B representan dos posibles
     consecuencias de un aumento de las precipitaciones en una
     cuenca hidrográfica.

• a)
  Decide, razonadamente,                                       Aumento de
  si A y B representan                                         precipitación
  retroalimentación
  positiva o negativa.
• b) Cita al menos dos
  factores que determinen                   Cubierta
                                                                                Erosión
  el desarrollo de un                        vegetal
  modelo u otro. ¿Cómo
  actúan esos factores?
• c) Propón dos acciones o
  medidas que favorezcan
  el modelo A. Explica
  cómo actuarían estas                     Infiltración                        Escorrentía
  acciones.




                             Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas                     82
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.




                               Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas         83
SIMULACIÓN DEL SISTEMA TIERRA:
MODELOS WORLD.
 En 1971, el Club de Roma, publicó los resultados del
  primer modelo aplicado a la evolución del medio
  ambiente, el World 2.
 Este primer modelo fue encargado a Jay W. Forrester.
 Este modelo fue, posteriormente, reelaborado por D.
  Meadows, el World 3, cuyos resultados se publican
  en 1972 en el libro “Los límites del crecimiento”.
 La importancia de los modelos World radica en que
  son la primera modelización de variables que afectan
  al medio ambiente.
ESTRUCTURA DE LOS MODELOS WORLD.

 Consiste en la interacción de cinco variables y su
  evolución desde 1900 hasta 2100.
 Las variables son:
          Población
          Recursos naturales
          Producción industrial
          Producción de alimentos
          Contaminación

           La idea básica es que el crecimiento de la población hace que
           aumenten la producción industrial y la de alimentos y, a su
           vez, disminuyen los recursos naturales y aumenta la
           contaminación.
World-2
              Se analizó el comportamiento
            del modelo desde 1900 hasta 2100




                  Los límites del crecimiento, 1972

                                             Para la
                                          estabilización
                        Tasa
                                           del sistema
                      Natalidad

                                                  Alimen-
                                  Consumo                   Inversión
  No podemos                                        tos
                      50%            de                         de
   mantener                                        produ-
                                  recursos                    capital
indefinidamente                                    cidos
                    Conta-
 nuestro actual    minación
    ritmo de                        75%               25%
  crecimiento                                                 40%
                      50%
World-3: Meadows y otros discípulos de Forrester
         Distintos escenarios, en función de las diferentes
             decisiones políticas respecto a la tasa de
                   consumo de recursos naturales



Crecimiento continuo o ilimitado

                                Los recursos son ilimitados y
                              crecen de forma exponencial
                                La población crece de igual manera
                                Sistema económico tradicional:
                              explotación incontrolada de recursos
                              naturales
                                Mejoras tecnológicas para
                              aumentar la cantidad de recursos
                              disponibles
World-3

  Aproximación al equilibrio

 Los recursos son limitados
  Su cantidad determina la
capacidad de carga  población
constante




                                  Sobrepasamiento y oscilación


                                   La población crece y sobrepasa
                                 la capacidad de carga
                                   El tamaño de la población sufre
                                 oscilaciones
                                  Equilibrio dinámico en función
                                 de los recursos se regeneran con
                                 rapidez
World-3

  Sobrepasamiento y colapso

  La población sobrepasa el límite
de carga
 Los recursos no son renovables
  Derrumbamiento y colapso de la
población
  Propio de economías basadas en
el consumo de combustibles fósiles




               Más allá de los límites del crecimiento, 1991
Primera conclusión
          Si se continúa con el actual crecimiento,
            la industrialización, la contaminación,
    la producción de alimentos y el consumo de recursos,
             los límites del planeta se alcanzarán
                   en los próximos cien años




  Seguir como hasta ahora:            Duplicación de los
    Agotamiento de recursos          recursos disponibles:
Colapso económico y de población   Colapso de forma más brusca
Primera conclusión




        La modificación de todas las variables puede llevar a
                      la estabilización del sistema:
Tecnologías que propicien la duplicación de recursos y alimentos y, a su vez,
               aumenten la eficiencia en el uso de recursos,
            la disminución de la erosión y de la contaminación
                 Las variables se estabilizan a partir del 2030
                            “Desarrollo sostenible”
Más conclusiones

                        Segunda conclusión:
         Es posible modificar las tendencias de crecimiento
         y establecer unas normas de estabilidad ecológica
        y económica, que pueden ser mantenidas en el futuro



                          Tercera conclusión:
                 Cuanto antes se empiece a trabajar
                  a favor de esta última alternativa,
                      más posibilidades de éxito

Críticas:                          Utilidades:

  Se culpa al incremento de          Alarma sobre enfoque global de
la población y no al consumo       problemas ambientales graves
de recursos por persona               Modelos pioneros
  Más contaminantes los              Muchos otros modelos
países del norte                   posteriores sobre distintos temas
  Es sólo un modelo

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Tema1 Introducción al medio ambiente

  • 1. Tema 1 Medio ambiente y teoría de sistemas Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 1
  • 2. Definición de medio ambiente Conferencia de la ONU para el Medio Ambiente humano. Estocolmo 1972. “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.” Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 2
  • 3. Estudio del medio ambiente  Las Ciencias de la Tierra y medioambientales estudian las interacciones del planeta y de la biosfera, e intentan dar respuesta a los problemas de nuestro mundo y buscar soluciones.  Es una disciplina integradora, abierta y sintética, que aúna diversos conocimientos.  Intervienen disciplinas tan diferentes como: Ecología, Economía, Sociología, Derecho, Biología, Geología, Física, Química, Matemáticas, Ingeniería, Arquitectura, Medicina y Geografía. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 3
  • 4. Enfoques del estudio del medio ambiente Punto de vista económico: El medio ambiente es una fuente de recursos naturales, un soporte de actividades productivas y un receptor de desechos y residuos. Punto de vista administrativo operativo: Sistema constituido por el hombre, la flora, la fauna, el suelo, el aire, el agua, el clima, el paisaje, los bienes materiales, el patrimonio cultural y las interacciones entre todos estos factores. Punto de vista ecológico: Suma de todos los factores físicos y biológicos que actúan sobre un individuo, una población o comunidad, es decir incluyen el entorno vital. (Al hablar de individuo no se refiere necesariamente a seres humanos). Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 4
  • 5. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 5
  • 6. Teoría general de sistemas Un sistema (del griego sistema = conjunto o reunión) es un conjunto de elementos que se relacionan entre sí para llevar a cabo una o varias funciones. En un sistema nos interesa el comportamiento global. Pueden considerarse sistemas un ordenador, un automóvil, un ser vivo, etc. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 6
  • 7. Los sistemas presentan las siguientes características: 1. Están formados por elementos. 2. Cada elemento tiene una función específica en el sistema y se relaciona con los demás elementos. 3. Los elementos interaccionan para desempeñar una o varias funciones, superiores a la suma de las partes, que reciben el nombre de propiedades emergentes. (Sinergia) 4. Los sistemas no están aislados, hasta ellos llegan energía y materia necesarias para su funcionamiento. Además reciben información del exterior del sistema que desencadena su actividad. 5. Los sistemas también producen materia y emiten energía e información, como resultado de la función que desempeñan. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 7
  • 8. Esta forma de análisis mediante sistemas permite estudiar fenómenos de distinta complejidad desde el funcionamiento de una célula hasta el planeta Tierra Los sistemas más complejos están constituidos a su vez por subsistemas, y estos, a su vez, por componentes más sencillos Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 8
  • 9. Los límites del sistema Un sistema es una porción del Energía espacio y su contenido. entrante Todo sistema se encuentra dentro de una superficie cerrada que lo separa del resto del Energía Universo. almacenada La superficie es el límite del sistema y puede ser real, como la membrana de una célula, o Energía ficticia, como el límite que se saliente establece en una charca o en un encinar. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 9
  • 10. Tipos de sistemas Según los intercambios de materia y energía pueden diferenciarse tres tipos de sistemas: abiertos, cerrados y aislados. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 10
  • 11. Sistemas abiertos: Son aquellos que intercambian materia y energía con el exterior. Todos los sistemas biológicos son sistemas abiertos, para mantenerse vivo el sistema debe tomar energía y materia del exterior, también debe liberar materia y energía (calor) que se genera en los procesos químicos como la respiración. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 11
  • 12. •Una planta es un sistema abierto que toma materia por medio de sus raíces y energía lumínica del sol para hacer la fotosíntesis, de la planta sale materia en forma de gases durante la respiración y la fotosíntesis y energía calorífica durante la respiración. •Una planta está constituida por células cuyas propiedades emergentes consisten en cumplir las funciones vitales de nutrición, relación y reproducción. •Otros ejemplos de sistemas abiertos son: un bosque, una pecera, un río, una ciudad, etc. Así en una ciudad entra energía y materia prima y sale energía en forma de calor y materiales en forma de desechos y productos manufacturados. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 12
  • 13. Sistemas cerrados: Son los que sólo intercambian energía con el exterior, no intercambian materia, sino que la reciclan. Es el caso de un ordenador que recibe energía eléctrica y emite energía calorífica y lumínica, pero la materia que lo compone es constante. El Sistema Planeta Tierra es considerado como un sistema que recibe continuamente energía procedente del sol, energía electromagnética (luz, etc.) y que emite al espacio energía en forma de calor (energía infrarroja), pero apenas intercambia materia con el exterior, si despreciamos la entrada de materiales procedentes de los meteoritos dada su poca masa relativa. (Si tenemos en cuenta esta masa que nos llega del espacio será un sistema abierto) Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 13
  • 14. Sistemas aislados: Son aquellos que no intercambian ni materia, ni energía con su entorno. En realidad no existen este tipo de sistemas, por tanto, son sistemas teóricos que se utilizan con el fin de simplificar cuando se estudian sistemas de grandes dimensiones (macrosistemas) como por ejemplo el Sistema Solar. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 14
  • 15. La energía de los sistemas Cualquier sistema tiene que cumplir los principios de la termodinámica. Según la 1ª ley o principio de la conservación de la energía: la energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma. En cualquier sistema la energía que entra será igual a la energía almacenada más la energía que sale. SISTEMA E saliente E entrante Energía almacenada E entrante = E almacenada + E saliente Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 15
  • 16. La 2º ley dice que cualquier sistema tiende espontáneamente a un estado de máximo desorden. La entropía es una medida del desorden de un sistema. En los sistemas vivos, la biosfera o el sistema Tierra que poseen un orden elevado la entropía es baja y la energía está más concentrada. Por el contrario, en sistemas desordenados la energía está muy dispersa y la entropía es elevada. Esta energía se disipa en forma de calor y no puede utilizarse para realizar trabajo. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 16
  • 17. Los seres vivos mantienen su organización y su elevada complejidad degradando azúcares en la respiración, con lo que expulsan al entorno materia oxidada ( con una alta entropía) y calor (energía). Son sistemas abiertos que rebajan su entropía y mantienen su organización y complejidad aumentando la del entorno. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 17
  • 18. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 18
  • 19. Reduccionismo y holismo El análisis de un sistema se puede abordar desde dos posibles enfoques: Reduccionista o analítico. Consisten dividir el objeto de estudio en sus componentes más simples y observarlos y estudiarlos por separado. Es insuficiente para abordar los estudios de las ciencias de la Tierra, aunque es útil para muchas disciplinas científicas. Holístico o sintético. Estudia el todo o la globalidad y las relaciones entre sus partes sin detenerse en los detalles. Pone de manifiesto las propiedades emergentes de los sistemas, resultantes del comportamiento global y de las relaciones de los componentes. Ej: Las piezas de un reloj por separado no tienen la propiedad de dar la hora; sin embargo, el reloj montado como un todo, sí. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 19
  • 20. Ambos enfoques son complementarios y deben apoyarse mutuamente para obtener la imagen más ajustada a la realidad. Reduccionismo Holismo Trata de descomponer y analizar Consiste en analizar la las partes de un todo, buscando totalidad, la globalidad de un «lo más pequeño». sistema. (Método analítico) (Método sintético) Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 20
  • 21. La representación de los sistemas. Los modelos Los sistemas suelen representarse mediante modelos. Un modelo es una representación simplificada de la realidad, que se elabora para facilitar su comprensión y estudio, que permiten ver de forma clara y sencilla las distintas variables y las relaciones que se establecen entre ellas. Estas representaciones se hacen mediante dibujos, esquemas o expresiones matemáticas. Hay diversos tipos de modelos en uso y difieren entre ellos según el propósito que se persiga. La diversidad va desde el más básico modelo físico como ser una estatua o maqueta, hasta modelos muy complicados que sólo pueden utilizarse empleando herramientas informáticas muy poderosas. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 21
  • 22. Para que resulten útiles en investigación, los modelos deben cumplir unas determinadas condiciones: 1. Han de ser menos complicados y de más fácil manejo que las situaciones reales. 2. Deben representar la realidad con la mayor fidelidad posible y al mismo tiempo han de ser manejables. Así un modelo muy simplificado se aleja de la realidad, pero se acerca a la generalidad y es de fácil manejo; por el contrario, un modelo muy preciso se encuentra muy próximo a la realidad concreta, pero su utilización puede resultar compleja. El predominio de una u otra de estas características dependerá de la utilización que queramos hacer del modelo. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 22
  • 23. Tipos de modelos Mentales Gráficos Formales o matemáticos De simulación por ordenador Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 23
  • 24. Modelos mentales Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 24
  • 25. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 25
  • 26. Modelos gráficos Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 26
  • 27. Modelos gráficos Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 27
  • 28. Modelo para determinar el plegamiento de estratos Túnel de viento para simular condiciones de deslizamiento de un esquiador Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 28
  • 29. Modelos matemáticos Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 29
  • 30. Modelos de simulación por ordenador Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 30
  • 31. Modelo de la agitación térmica de un gas. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 31
  • 32. Modelos estáticos y dinámicos Modelos estáticos. Sus relaciones no dependen del comportamiento del sistema, sólo analiza su estructura. Por ejemplo, una fórmula en la que se equiparan la altura y el diámetro de un árbol con su volumen. Modelos dinámicos. Describen el funcionamiento de los componentes del sistema a base de una serie de ecuaciones. Son más realistas que los estáticos. Por ejemplo, el modelo depredador-presa. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 32
  • 33. Ejemplo: modelo depredador-presa dN / dt r1 * N1 P * N1 * N 2 dN / dt a * P * N1 * N 2 d 2 * N 2 Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 33
  • 34. Modelos de caja negra y caja blanca Es otra forma de utilizar modelos, atendiendo a lo que ocurre en el interior del sistema. Modelo de caja negra Modelo de caja blanca Interesan sólo las entradas y salidas de Se tienen en cuenta las entradas y las salidas, materia, energía e información en el así como las interacciones, las conexiones sistema, y no los elementos e interacciones interiores y las relaciones entre los posibles que suceden en el interior. subsistemas. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 34
  • 35. Modelos de caja negra Nos fijamos sólo en las entradas y salidas de energía, materia, e información en el sistema, y no en sus elementos ni en las interacciones que se establecen entre ellos. Por tanto, no interesan los elementos del sistema ni sus interacciones. Utilizando la tierra como un sistema de caja negra, podemos considerarla como un sistema en el que entra y sale energía, la energía que entra es radiación electromagnética (luz, etc.) y la energía que sale es radiación infrarroja (calor) procedente de la superficie terrestre. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 35
  • 36. teóricos Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 36
  • 37. Energía solar Precipitación Evapotranspiración CO2 CO2 Calor Nutrientes Lixiviado de nutrientes Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 37
  • 38. Modelo de caja blanca: Estudiamos no sólo las entrada y las salidas del sistema, sino también los elementos del sistema y sus interacciones. Lo primero que hay que hacer es marcar las variables que lo componen y unirlas con flechas que las relacionen entre sí. Al diseñar un modelo debemos tener cuidado de incluir solamente las variaciones que sean estrictamente necesarias, ya que si aumenta mucho su número, se pierde claridad debido al complejo de entramado de las flechas que unen variables. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 38
  • 39. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 39
  • 40. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 40
  • 41. LOS SISTEMAS AMBIENTALES El medio ambiente es un sistema constituido por un conjunto de factores físicos, químicos, biológicos, sociales y culturales que se relacionan entre sí, de modo que un cambio en un factor repercute en los otros. Los factores que intervienen en el medio ambiente son las variables de este sistema. La energía del sistema es la del Sol y la materia está contenida en la Tierra. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 41
  • 42. El medio ambiente se divide en sistemas menores o subsistemas que, a su vez, contienen otros sistemas menores: Sistemas Naturales: Son los cuatro subsistemas o capas de la Tierra: geosfera, hidrosfera, atmósfera y biosfera. Sistemas Humanos: Constituidos por los seres humanos y las relaciones sociales que se establecen entre ellos, así como las actividades que desarrolla. Los elementos de estos sistemas son por ejemplo los lugares de trabajo, los colegios, el transporte, etc. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 42
  • 43. Entre los sistemas humanos y los sistemas naturales se establecen interacciones. A veces la actividad humana repercute de forma negativa como consecuencia del desarrollo de los países: Sobreexplotación de los recursos, la deforestación, contaminación, etc.. La naturaleza también puede afectar negativamente a la especie humana: Los desastres naturales. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 43
  • 44. Las Ciencias Medioambientales han surgido como base para resolver estos problemas ambientales que nos aquejan. Para ello se hace necesario conocer el funcionamiento de los diferentes sistemas que constituyen el sistema Tierra y profundizar en el estudio de las relaciones de ellos con la especie humana, que pueden enfocarse bajo tres aspectos:  Riesgos derivados de su dinámica.  Recursos que nos proporcionan.  Impactos que reciben por la acción antrópica. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 44
  • 45. Relaciones entre los elementos de un sistema Los elementos que forman los sistemas están relacionados entre sí y funcionan de forma coordinada. Los elementos que pueden variar en función de otros se denominan variables. Las relaciones entre las variables de un sistema pueden ser de dos tipos: 1. Relaciones causales simples 2. Relaciones causales complejas Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 45
  • 46. Relaciones causales simples RELACIONES SIMPLES ENCADENADAS: Son cambios en cadena positivos o negativos o de diferentes signos. 1. DIRECTAS O POSITIVAS: El cambio de una variable provoca un cambio en la otra del mismo signo. Si una aumenta la otra también. Alcohol y Accidentes de tráfico Pendiente – velocidad del agua 2. INVERSAS O NEGATIVAS: El cambio en una variable provoca un cambio en sentido inverso en la otra. Uso de cinturón de tráfico y muertes en accidentes Reforestación – erosión del suelo Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 46
  • 47. Caudal de los Precipitaciones + ríos Materia Biomasa vegetal + orgánica Número de Contaminación - peces Impacto de la Biomasa vegetal - lluvia Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 47
  • 48. El aumento de una de las El aumento de una de las variables hace que aumente la variables hace que disminuya otra. la otra. El aumento de materia El aumento microorganismos orgánica en un lago hace que que utilizan oxígeno para aumente el número de respirar provoca la microorganismos disminución del oxígeno Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 48
  • 49. Relaciones complejas En las relaciones complejas, también llamados bucles de retroalimentación, las acciones de un elemento sobre otro suponen que, a su vez, éste actúe sobre el primero (modificación de una variable como consecuencia de sus propios efectos). Pueden ser: • Positivas • Negativas Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 49
  • 50. Cantidad Tala del bosque Erosión + - suelo Cantidad Vegetación Erosión - - suelo Cuando la última variable influye en la primera, se habla de “feed-back o retroalimentación Cantidad Vegetación Erosión - - suelo + Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 50
  • 51. Relaciones complejas positivas La variación de una variable en un sentido (aumento o disminución) produce un cambio de otra variable en el mismo sentido y ésta, a su vez, influye de la misma manera sobre la primera. Tienen una acción de refuerzo sobre el proceso inicial. a – Investigación b – Desarrollo c – Biocombustibles c d a b d- Alimentos Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 51
  • 52. Relaciones complejas negativas La variación de una variable en un sentido produce un cambio de otra variable en el mismo sentido y ésta, a su vez, influye sobre la primera en sentido opuesto. Tienen una acción reguladora y estabilizan los sistemas en los que actúan (sistemas homeostáticos). Se consigue un estado de equilibrio dinámico. A B Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 52
  • 53. 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. En un sistema encadenado puede haber relaciones negativas intermedias pero si son en número par el resultado final es positivo. Población de conejos Evapo- transpiración Daños al Zorros cultivo Venenos Biomasa Precipitación vegetal Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 53
  • 54. Nuevas carreteras Nuevos Atascos vehículos Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 54
  • 55. 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. Se mantiene un equilibrio en el sistema __ Depredadores Presas + Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 55
  • 56. Sistemas propositivos: Son sistemas programados para un propósito determinado. Son por ejemplo los modelos que se utilizan en la fabricación de los electrodomésticos o los que regulan el comportamiento de un organismo (Modelos cibernéticos). Estos sistemas son muy adecuados para regular los sistemas homeostáticos, manteniendo el equilibrio. La atmósfera y la biosfera también forman un sistema propositivo, ya que se autoregulan. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 56
  • 57. Cambios en los sistemas Para estudiar los sistemas con comodidad empleamos los modelos (estáticos o dinámicos). Objetivos: 1. Reproducir el comportamiento del sistema y realizar previsiones futuras. 2. Acotar límites (no se puede reproducir todo el sistema mediante el modelo). 3. Comprobar el efecto de las perturbaciones (naturales o no) en el comportamiento del sistema. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 57
  • 58. Sistemas estables (se mantienen en equilibrio): Dominio de bucles negativos Sistema inestables (efecto bola de nieve): Dominio de bucles positivos En la naturaleza hay ambos tipos de bucles, y en función del momento pueden dominar unos u otros Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 58
  • 59. El sistema tierra y sus fuentes de energía El sistema Tierra está formado por 4 subsistemas: 1.BIOSFERA: Es la cubierta de vida, es decir, el área ocupada por los seres vivos. Las formas de vida cambian por la evolución y las sucesiones ecológicas. 2.ATMÓSFERA: Envoltura de gases que rodea la Tierra: N, O y CO2, como gases principales. La composición de la atmósfera original es modificada por los seres vivos. 3.HIDROSFERA: Es la capa de agua que hay en la Tierra. El agua, en estado líquido, ha permitido el desarrollo de la vida en la Tierra. 4.GEOSFERA: Es la capa sólida de la Tierra. Es cambiante debido a los procesos de geodinámica externa e interna. Algunos autores consideran hablan de otros dos subsistemas, la CRIOSFERA (capa helada) y la SOCIOSFERA( el ser humano). Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 59
  • 60. La Tierra es un SISTEMA ABIERTO respecto al intercambio de energía: • Recibe un flujo continuo de energía solar en forma de radiación electromagnética. • Emite calor al espacio (en forma de radiación infrarroja)La Tierra es un SISTEMA que se AUTORREGULA: la temperatura media terrestre se ha mantenido constante durante millones de años, en torno a los 15 ºC. • La Tierra está formada por diferentes SUBSISTEMAS (atmósfera, hidrosfera, geosfera y biosfera) que no funcionan de forma aislada, sino que interaccionan para formar un todo conjunto. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 60
  • 61. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 61
  • 62. Ejemplos de diagramas causales Consumo de Peso alimentos Oferta Demanda Prepararse para Resultado del un examen examen Recursos per Población cápita Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 62
  • 63. + + NACIMIENTOS POBLACION MUERTES + - Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 63
  • 64. Variables: Lluvia, pastos, contaminación, agua, vacas y alimentación humana. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 64
  • 65. ? Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 65
  • 66.  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, Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 66
  • 67. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 67
  • 68. MODELOS DE REGULACIÓN DEL CLIMA TERRESTRE  LA TIERRA COMO SISTEMA DE CAJA NEGRA Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 68
  • 69. LA TIERRA COMO SISTEMA CAJA BLANCA Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 69
  • 70. EL EFECTO INVERNADERO  Provocado por ciertos gases: vapor de agua, CO2, CH4, N2O. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 70
  • 71. EL EFECTO ALBEDO  Porcentaje de la radiación solar reflejada por la tierra, del total de energía solar que recibe. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 71
  • 72. Las nubes  Doble acción:  Aumentan el albedo.  Incrementan el efecto invernadero.  Su acción depende de la altura de las nubes. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 72
  • 73. Modelo funcionamiento del clima Dos bucles antagónicos: Equilibrio dinámico Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 73
  • 74. Polvo atmosférico  Provocado por: - Emisiones volcánicas - Meteoritos - Contaminación atmosférica Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 74
  • 75. VOLCANES  También pueden provocar un doble efecto: Descenso de la Tª: Al inyectar polvo. Aumento de la Tª: Por las emisiones de CO2. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 75
  • 76. VARIACIONES DE LA RADIACIÓN SOLAR  Excentricidad de la órbita  Inclinación del eje  Posición del perihelio Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 76
  • 77. INFLUENCIA DE LA BIOSFERA VIDA PRECÁMBRICO Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 77
  • 78. EVOLUCIÓN DE LA ATMÓSFERA Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 78
  • 79. 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 Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 79
  • 80. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 80
  • 81. Elabora un diagrama causal o de flujo con los siguientes elementos (agua, vegetación, efecto invernadero, 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. __ Cantidad de + __ Vegetación agua Temperatura CO2 atmosférico + + Efecto invernadero Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 81
  • 82. 1. Los modelos A y B representan dos posibles consecuencias de un aumento de las precipitaciones en una cuenca hidrográfica. • a) Decide, razonadamente, Aumento de si A y B representan precipitación retroalimentación positiva o negativa. • b) Cita al menos dos factores que determinen Cubierta Erosión el desarrollo de un vegetal modelo u otro. ¿Cómo actúan esos factores? • c) Propón dos acciones o medidas que favorezcan el modelo A. Explica cómo actuarían estas Infiltración Escorrentía acciones. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 82
  • 83. 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. Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 83
  • 84. SIMULACIÓN DEL SISTEMA TIERRA: MODELOS WORLD.  En 1971, el Club de Roma, publicó los resultados del primer modelo aplicado a la evolución del medio ambiente, el World 2.  Este primer modelo fue encargado a Jay W. Forrester.  Este modelo fue, posteriormente, reelaborado por D. Meadows, el World 3, cuyos resultados se publican en 1972 en el libro “Los límites del crecimiento”.  La importancia de los modelos World radica en que son la primera modelización de variables que afectan al medio ambiente.
  • 85. ESTRUCTURA DE LOS MODELOS WORLD.  Consiste en la interacción de cinco variables y su evolución desde 1900 hasta 2100.  Las variables son:  Población  Recursos naturales  Producción industrial  Producción de alimentos  Contaminación La idea básica es que el crecimiento de la población hace que aumenten la producción industrial y la de alimentos y, a su vez, disminuyen los recursos naturales y aumenta la contaminación.
  • 86. World-2 Se analizó el comportamiento del modelo desde 1900 hasta 2100 Los límites del crecimiento, 1972 Para la estabilización Tasa del sistema Natalidad Alimen- Consumo Inversión No podemos tos 50% de de mantener produ- recursos capital indefinidamente cidos Conta- nuestro actual minación ritmo de 75% 25% crecimiento 40% 50%
  • 87. World-3: Meadows y otros discípulos de Forrester Distintos escenarios, en función de las diferentes decisiones políticas respecto a la tasa de consumo de recursos naturales Crecimiento continuo o ilimitado Los recursos son ilimitados y crecen de forma exponencial La población crece de igual manera Sistema económico tradicional: explotación incontrolada de recursos naturales Mejoras tecnológicas para aumentar la cantidad de recursos disponibles
  • 88. World-3 Aproximación al equilibrio Los recursos son limitados Su cantidad determina la capacidad de carga  población constante Sobrepasamiento y oscilación La población crece y sobrepasa la capacidad de carga El tamaño de la población sufre oscilaciones Equilibrio dinámico en función de los recursos se regeneran con rapidez
  • 89. World-3 Sobrepasamiento y colapso La población sobrepasa el límite de carga Los recursos no son renovables Derrumbamiento y colapso de la población Propio de economías basadas en el consumo de combustibles fósiles Más allá de los límites del crecimiento, 1991
  • 90. Primera conclusión Si se continúa con el actual crecimiento, la industrialización, la contaminación, la producción de alimentos y el consumo de recursos, los límites del planeta se alcanzarán en los próximos cien años Seguir como hasta ahora: Duplicación de los Agotamiento de recursos recursos disponibles: Colapso económico y de población Colapso de forma más brusca
  • 91. Primera conclusión La modificación de todas las variables puede llevar a la estabilización del sistema: Tecnologías que propicien la duplicación de recursos y alimentos y, a su vez, aumenten la eficiencia en el uso de recursos, la disminución de la erosión y de la contaminación Las variables se estabilizan a partir del 2030 “Desarrollo sostenible”
  • 92. Más conclusiones Segunda conclusión: Es posible modificar las tendencias de crecimiento y establecer unas normas de estabilidad ecológica y económica, que pueden ser mantenidas en el futuro Tercera conclusión: Cuanto antes se empiece a trabajar a favor de esta última alternativa, más posibilidades de éxito Críticas: Utilidades: Se culpa al incremento de Alarma sobre enfoque global de la población y no al consumo problemas ambientales graves de recursos por persona Modelos pioneros Más contaminantes los Muchos otros modelos países del norte posteriores sobre distintos temas Es sólo un modelo