Tema1
El MEDIO AMBIENTE
CONCEPTO DE MEDIO AMBIENTE
“ El conjunto de todas las fuerzas o condiciones externas,
incluyendo factores físico-químicos, climáticos y bióticos,
que actúan sobre un organismo, una población o una
comunidad”.
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
vivientes y las actividades humanas”. El medio
ambiente es un sistema formado por elementos
naturales y artificiales que están interrelacionados y
que son modificados por la acción humana. Se trata del
entorno que condiciona la forma de vida de la sociedad
y que incluye valores naturales, sociales y culturales
que existen en un lugar y momento determinado.
EL ESTUDIO DE MEDIO AMBIENTE
CIENCIAS DE LA TIERRA Y EL MEDIO AMBIENTE
Ciencia de síntesis, multidisciplinar, que utiliza conceptos e información de:
- Ciencias de la Naturaleza: Ecología, Biología, Química, Geología.
- Ciencias Sociales y Humanidades: Economía, Política, Ética, Sociología.
Sus objetivos son:
1. Entender de forma global las relaciones que existen entre los diversos
componentes del sistema Tierra.
2. Conocer como afectan los sistemas de apoyo (medio ambiente) a la vida en
la Tierra, a nosotros mismos y a otras formas de vida.
3. Proponer y evaluar soluciones de cara a los problemas medioambientales
que padecemos.
ENFOQUE METODOLÓGICO
REDUCCIONISTA
Consiste en dividir o fragmentar nuestro objeto de estudio en sus
componentes más simples y observarlos por separado
HOLISTA
Método sintético que trata de estudiar el todo o la globalidad y las
relaciones entre sus partes sin detenerse en los detalles. Permite poner
de manifiesto propiedades emergentes.
SISTEMAS Y DINÁMICA DE SISTEMAS
SISTEMA
Conjunto de partes operativamente interrelacionadas y del que
interesa considerar fundamentalmente su comportamiento global.
De las interrelaciones entre sus partes y del comportamiento global
surgen las propiedades emergentes.
CARACTERÍSTICAS DE LOS SISTEMAS
• Están formados por elementos
• Cada elemento tiene una función específica en el sistema y
se relaciona con los demás elementos.
• Los elementos interaccionan para desempeñar una o varias
funciones, superiores a la suma de las partes que recibe el
nombre de propiedades emergentes (sinergia)
• 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.
• Los sistemas también producen materia y emiten energía e
información, como resultado de la función que
desempeñan.
TEORÍA GENERAL DE SISTEMAS (TGS)
La Teoría de Sistemas Dinámicos o Dinámica de Sistemas se basa en
observar y analizar las relaciones e interrelaciones entre las partes
de nuestro objeto de estudio recurriendo al uso de modelos.
Sin rechazar el enfoque reduccionista, que puede enriquecer el
conocimiento del conjunto al estudiar detalladamente cada uno de
sus componentes, el enfoque holístico es el adecuado para estudiar
los sistemas complejos en los que el todo es más que la suma de las
partes
Los sistemas dinámicos se
denominan así porque nunca
alcanzan el equilibrio, por el
contrario fluctúan entre valores
próximos al óptimo.
USO DE MODELOS
Para el estudio de la dinámica de sistemas se utilizan modelos, es
decir: versiones simplificadas de la realidad.
Para diseñar un modelo hay que hacer simplificaciones de la realidad
eliminando detalles no significativos para nuestro estudio.
VARIABLES : Aspectos mesurables de esa realidad
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.
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.
Ejemplo modelo formal: Modelo depredador-presa
La relación entre presas y depredadores expresada de
forma gráfica tiene la siguiente forma:
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.
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.
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.
DIAGRAMAS CAUSALES
Relaciones simples:
Relaciones en las que la variable A influye en la variable B pero
no a la inversa. Las relaciones simples pueden ser:

Directas: o positivas, si aumenta A causa un aumento de B.
Recíprocamente si disminuye A, disminuye B.
Relaciones simples:


Inversas:Si aumenta A disminuye B o si disminuye A aumenta B
Encadenadas: cuando hay varias variables unidas.
Relaciones complejas
Son aquellas en que una variable
influye sobre otra u otras que, a
su
vez,
influyen
sobre
la
primera. El resultado es un
conjunto
de
encadenadas
en
relaciones
círculo,
que
recibe el nombre de bucle de
retroalimentación,
realimentación
Pueden
ser
o
de
positivas y negativas
feedback.
dos
tipos:

Retroalimentación positiva: Se produce cuando la
variación de una variable en un sentido (aumento o
disminución) produce un cambio de otra u otras
variables en el mismo sentido (aumento o disminución
respectivamente) y éstas a su vez influyen de la misma
.
manera sobre la primera. La causa aumenta el efecto y
el efecto aumenta la causa o viceversa (disminución).
La retroalimentación (+) desequilibra el sistema al
amplificar sus efectos.
Retroalimentación negativa: Se produce cuando la variación
de una variable en un sentido (aumento o disminución)
produce un cambio de otra u otras variables en el mismo
sentido y éstas a su vez, influyen sobre la primera en
sentido opuesto (disminución o aumento respectivamente) o
viceversa. Este tipo de relaciones tienden a estabilizar los
sistemas, por lo que reciben el nombre de estabilizadores o
sistemas homeostáticos. Son relaciones reguladoras que
mantienen el sistema en equilibrio.
DINÁMICA POBLACIONAL
La variación temporal de la población depende de:
•
N = tamaño de la población.
•
t = tiempo.
•
na = número de nacimientos.
•
m = número de muertes.
•
r = potencial biótico (propia de cada especie)
N1 = N0 + N0·na = N0·(1 + na)
N1 = N0·(1 + na - m)
r = na - m
N1 = N0·(1 + r)
N2 = N1 (1 + r) = N0 (1 + r) (1 + r) = N0 (1 + r)2
Nt = N0 (1 + r)t
Si la natalidad supera a la mortalidad, r será mayor que 0 y la
población tiende a crecer. En estas condiciones y si no existen
limitaciones de otro tipo, la población crece de
manera exponencial.
Nt = N0 (1 + r)t
Sin embargo, este tipo de crecimiento sólo es posible en circunstancias
muy específicas, por ejemplo cuando una especie coloniza un nuevo
espacio y no hay restricciones en los recursos ni competencia por ellos,
tal como ocurre en un cultivo bacteriano recién inoculado durante los
primeros momentos de su crecimiento. Algunas especies siguen este
modelo de crecimiento siguiendo ciclos de explosión demográfica
seguidos por elevados índices de mortalidad, por ejemplo al comienzo
de la estación reproductora. Presentan curvas de crecimiento en forma
de dientes de sierra:
r > 0 la población crece exponencialmente
r = 0 la población
se estanca
r < 0 la población se extingue
Ecuación logística de crecimiento poblacional
•
Es un modelo más realista.
•
Se asume que en el ecosistema existe una capacidad
de carga K.
Capacidad de carga K representa el
número máximo de individuos que el
ecosistema puede soportar.
Tasa intrínseca de crecimiento r: su
valor máximo es el potencial biótico de
esa población
Resistencia ambiental: conjunto de
factores que impiden que una población
alcance su potencial biótico:
• Factores externos: bióticos (depredadores, parásitos, competidores), abióticos
(cambios clima, catástrofes, escasez alimentos agua etc.)
• Factores internos: densidad elevada provoca un descenso de la reproducción
(competencia, emigración
Ecuación logística de crecimiento poblacional
MODELO DEPREDADOR-PRESA
Para las presas (x):
1. La velocidad con que varía la población de presas x es proporcional a la
población existente en el momento t.
2. La velocidad con que varía la población de presas x es proporcional al número
de encuentros con los predadores y.
Para los predadores (y):
1. La velocidad de variación de la población será proporcional al número de
predadores (y) en el momento t.
2. La velocidad de variación de la población será proporcional al número de
encuentros presa (x) predador (y), v.g. Proporcional tanto a la población de
presas como de predadores en el momento t.
MODELO DEPREDADOR-PRESA
Puede verse que:
1. En ausencia de depredadores, la
presa crece en forma exponencial.
2. En ausencia de presas, los
depredadores se extinguen en
forma exponencial.
xo
yo
3. La interacción de depredadores y presas modula la
dinámica poblacional de ambos según el modelo predadorpresa de Lotka-Volterra.
La relación entre presas y depredadores expresada de
forma gráfica tiene la siguiente forma:
Ejemplo de sistemas complejos
Ejemplo de sistemas complejos
CÓMO MODELAR UN SISTEMA
1. Formación de un modelo mental: observación minuciosa del
comportamiento de un fenómeno en la realidad . Formulación de hipótesis y
elección de variables.
2. Diseño de un diagrama causal que relacione las variables y se compara con
la realidad.
3. Elaboración de un modelo formal o matemático a partir del diagrama
causal.
4.
Simulación de diferentes escenarios. Simular es estudiar el comportamiento
futuro de un sistema a partir de unas condiciones iniciales predeterminadas.
5. Un escenario es el conjunto de condiciones, circunstancias o parámetros
iniciales de los que se parte en una simulación. Generalmente se llama
escenario 1 (hipótesis inicial) al que tiene unas condiciones iniciales que son
los valores tomados de la realidad. Se realizan varias simulaciones en las
que se van ajustando los parámetros hasta conseguir el mejor modelo.
MODELOS DE REGULACIÓN
DEL CLIMA TERRESTRE
LA TIERRA COMO SISTEMA DE CAJA NEGRA
En un enfoque de caja negra, la Tierra es un sistema
cerrado en el que entra y sale energía pero no materia.
Desde un punto de vista térmico es un sistema en
equilibrio dinámico.
LA TIERRA COMO SISTEMA CAJA BLANCA
 S(clima)
=AUHUBUGUC
Equilibrio dinámico
El Efecto Invernadero

Provocado por ciertos gases: vapor de agua, CO2, CH4, NO2.
El Efecto Albedo

Porcentaje de la radiación solar reflejada por la tierra, del total de
energía solar que recibe.

Esta magnitud fue introducida por el astrónomo estadounidense W.
C. Bond.

Se mide con un número comprendido entre 0 y 1, después de
haberse establecido que 0 es el albedo de un cuerpo que no refleja
luz ninguna y 1 es el albedo de un cuerpo que refleja toda la luz
incidente.

El albedo de la nieve es próximo a 1 mientras que el del carbón es
próximo a 0,05.
En
el
caso
iluminado,
de
se
un
suelo
tienen
los
siguientes valores:
• suelo árido 10%
• arena seca 20%
• bosque verde 10-20%
• nieve fresca 80%-95%.
El albedo de la Tierra es aproximadamente del 30%; varía desde
el 5% en la superficie de los océanos con tiempo despejado
hasta el 85% en las regiones recubiertas de nubes espesas o de
nieve.
Las nubes


Doble acción:

Aumentan el albedo.

Incrementan el efecto invernadero.
Su acción depende de la altura de las nubes: si la altura es baja
aumentará el albedo y si el alta el efecto invernadero-
Polvo atmosférico

Provocado por:

Emisiones volcánicas

Meteoritos

Contaminación atmosférica
Volcanes

Producen un doble efecto en función de los productos emitidos y
la altura alcanzada.
Descenso de la Temperatura: emisión de gran cantidad de polvo o
abundante SO2 (reacciona con el agua dando lugar a H2SO4 que
actúan como pantalla solar).
El descenso de las temperaturas será más acusado y de mayor
duración cuanto mayor altitud alcancen las emisiones ya que su
permanencia en la atmósfera será más larga.
Aumento de la Temperatura: por aumento del efecto invernadero
(emisión de CO2)
Este efecto no se hace evidente hasta que no desaparece el
primero pero es más duradero.
Descenso de temperatura a corto plazo y aumento a largo plazo .
Modelo funcionamiento del clima
Variaciones periódicas:
Variaciones cíclicas de la temperatura terrestre (ciclos
astronómicos de Milankovitch)
Excentricidad
Inclinación
Predecesión
Variaciones graduales:
La radiación del Sol ha variado a lo largo de la historia del
sistema solar.
Variaciones periódicas
Excentricidad:
La trayectoria de la Tierra alrededor del Sol cambia de más
elíptica a más circular a lo largo de unos 100.000 años (cuanto
más alargada más corta será la estación cálida).
Inclinación del eje:
El ángulo de rotación terrestre oscila cada
41.000 años modificando las variaciones entre
el día y la noche y entre las estaciones.
Si el eje fuera vertical, el día y la noche
tendrían la misma duración y no habría
estaciones.
La posición del perihelio:
La posición en el perihelio (punto de la órbita terrestre más
cercana al sol) varía a lo largo de 25.800 años .
•
Los veranos son más calurosos en el perihelio que en el
efelio.
•
Los inviernos son más fríos en el efelio que en el perihelio
HIPÓTESIS GAIA (Lovelock)

Considera la Tierra como un sistema homeostático cuya temperatura se
autorregula por la interacción entre los subsistemas que lo componen
(la biosfera tiene un papel fundamental)

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
HIPÓTESIS GAIA (Lovelock)

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.

La vida la que altera el equilibrio químico y lo ordena.
Evolución de la atmósfera
Evolución de la atmósfera

Al comienzo de la historia de la Tierra la concentración de CO2 era muy
elevada (efecto invernadero acusado). Temperaturas semejantes a las
actuales aunque la energía del Sol era menor.

Reducción de CO2 e incremento de la energía del Sol se por lo que no
se produjo un cambio significativo en la temperatura de la superficie
terrestre.

Aparición de organismos fotosintéticos

Fijación del CO2 atmosférico en materia orgánica

Acumulación en forma de combustibles fósiles

Aparición del oxígeno atmosférico

Formación de la capa de ozono

Aumento del nitrógeno atmosférico
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1 EL ESTUDIO DEL MEDIO AMBIENTE