Tema 1- Concepto de medio ambiente y dinámica de sistemas

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Tema1

Tema1

El MEDIO AMBIENTE

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CONCEPTO DE MEDIO AMBIENTE

“ El conjunto de todas las fuerzas o condiciones externas,

incluyendo

factores

físico-químicos, climáticos y bióticos,

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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

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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.

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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

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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.

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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.

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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

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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.

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MODELOS MENTALES

Lo que guardamos en nuestra mente no es la realidad, sino sus modelos mentales.

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MODELOS FORMALES

Son modelos matemáticos que también son

aproximaciones a la realidad. Utilizan

ecuaciones

que

asocian las variables.

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La relación entre presas y depredadores expresada de

forma gráfica tiene la siguiente forma:

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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

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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.

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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.

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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:

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Encadenadas:

cuando hay varias variables unidas.

Inversas

:Si aumenta A disminuye B o si disminuye A aumenta B

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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

relaciones

encadenadas en círculo, que

recibe el nombre de bucle de

retroalimentación,

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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.

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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

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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

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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

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r < 0 la población se extingue

r > 0 la población crece exponencialmente

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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.)

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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.

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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

MODELO DEPREDADOR-PRESA

3. La interacción de depredadores y presas modula la

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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

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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

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LA TIERRA COMO SISTEMA CAJA BLANCA

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El Efecto Invernadero

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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.

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En el caso de un suelo iluminado, se tienen los siguientes valores:

•suelo árido 10%

•arena seca 20%

•bosque verde 10-20%

•nieve fresca 80%-95%.

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Las nubes

Doble acción:

Aumentan el albedo.

Incrementan el efecto invernadero.

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Polvo atmosférico

Provocado por:

Emisiones volcánicas

Meteoritos

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Volcanes

Producen un doble efecto en función de los productos emitidos y la altura

alcanzada.

Descenso de la Temperatura

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

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.

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Variaciones periódicas

:

Variaciones cíclicas de la temperatura terrestre (ciclos

astronómicos de Milankovitch)

Excentricidad Inclinación Predecesión

Variaciones graduales

:

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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).

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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.

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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.

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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.

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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.

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 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

Figure

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