El medio ambiente y la teoría de
sistemas
Guión tema
1. Medio ambiente. Concepto y alcance
2. Estudio de medio ambiente. Tipos de enfoque
3. Teoría de sistemas. Modelos de sistema
4. Dinámica de sistemas
5. La Tierra como sistema
6. Sistemas ambientales. Modelos de regulación del
clima terrestre
Concepto de medio ambiente
Medio ambiente. Concepto y alcance
•
Conferencia de las Naciones Unidades para el Medio
Ambiente Humano, Estocolmo 1972:
“El medio ambiente es el conjunto de componentes físicos,
químicos, biológicos y sociales capaces de causar efectos directos o indirectos en un plazo corto o largo sobre los seres vivos y las actividades humanas”
Medio ambiente. Concepto y alcance
•
Componentes
– Fisicoquímicos; atmósfera, hidrosfera, geosfera
– Biológicos; biosfera (seres vivos)
– Sociales; antroposfera (humanidad)
•
Componentes interaccionan
y causan efectos
•
Tipos
de
efectos; directos / indirectos
•
Efectos sobre
;
seres vivos / actvs. humanas
Medio ambiente. Concepto y alcance
•
Medio ambiente
Materia INTERDISCIPLINAR
– Incluye temas que abarcan distintas disciplinas
– Diferentes puntos de vista: Ecología, Economía, Sociología, Derecho, Biología, Geología, Física, Química, Matemáticas, Ingeniería, Arquitectura, Medicina y Geografía
•
La Teoría general de sistemas es un campo de estudio
interdisciplinario. Por ello resulta adecuada para el
estudio del medio ambiente (en concreto, el enfoque
holístico)
Estudio de medio ambiente
Tipos de enfoque
Tipos de enfoque científico
PÁG 9
•
Enfoque reduccionista (analítico)
– Se divide el objeto de estudio en sus componentes más simples
– Se observa y estudia cada componente por separado, de forma aislada e independiente
– Es insuficiente para abordar los estudios de las ciencias de la Tierra, pues no tiene en cuenta la interacción de los
Tipos de enfoque científico
PÁG 9
•
Enfoque holístico (sintético)
– Estudia el todo o la globalidad y las relaciones entre sus partes
sin detenerse en los detalles.
– Pone de manifiesto las propiedades emergentes, resultantes del comportamiento global y de las relaciones de los
componentes.
– Estudia el objeto sin descomponerlo en parte independientes
– Se fija especialmente en las relaciones e interacciones entre sus componentes más que en estos mismos
Teoría de sistemas
Teoría de sistemas
PÁG 10
•
Teoría General de Sistemas.
Teoría que trata de identificar
reglas o propiedades generales de los sistemas.
•
Sistema
– Conjunto de componentes interrelacionados, en el que unos actúan sobre otros y del que interesa considerar
fundamentalmente el comportamiento global.
– Un sistema es algo más que la suma de sus partes.
– Nos interesan las características del conjunto (propiedades emergentes)
Teoría de sistemas
PÁG 11
•
Estructura básica de un sistema
– Elementos o componentes fundamentales
– Relaciones entre los elementos
– Límites del sistema
•
Estructura dinámica de un sistema
– Flujos de materia o energía– Relaciones causales entre partes del sistema
Teoría de sistemas
PÁG 11
•
Tipos de sistemas
– Abiertos: En ellos se producen entradas y salidas de materia y energía.
– Cerrados. No hay intercambios de materia, pero SÍ de energía.
– Aislados. No hay intercambio de materia ni de energía
En cualquier caso, un sistema abierto se puede estudiar como sistema cerrado para facilitar su comprensión
Teoría de sistemas
•
Tipos de sistemas
– Abiertos: En ellos se producen entradas y salidas de materia y energía.
– Cerrados. No hay intercambios de materia, pero SI de energía.
Teoría de sistemas
•
Tipos de sistemas
– 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
Teoría de sistemas
PÁGS 12-13
Para el
estudio de sistemas se recurre a modelos
(simplificaciones de la realidad)
Modelo; representación formal del sistema
•
Tipos de modelos
– Caja negra
– Caja blanca /gris
•
Modelo de sistema de caja negra
– Únicamente nos fijamos en entradas y salidas del sistema, intercambios del sistema con el entorno
– No estudiamos las relaciones causales entre elementos internos del sistema
Teoría de sistemas
PÁGS 12-13
•
Modelo de sistema de caja negra
– Únicamente nos fijamos en entradas y salidas del sistema, intercambios del sistema con el entorno
– No estudiamos las relaciones causales entre elementos internos del sistema
Teoría de sistemas
PÁGS 12-13
•
Modelo de sistema de caja blanca / gris
– Observamos el interior del sistema
– Identificamos las variables (componentes del sistema) y estudiamos su relación causal por diagramas causales
Dinámica de sistemas
Dinámica de sistemas
PÁGS 14-15
•
Es un conjunto de técnicas y métodos ideados para
simular el comportamiento de sistemas
que presentan
una cierta complejidad.
•
Dado que el medio ambiente y los sistemas relacionados
con las ciencias ambientales son sistemas complejos, la
dinámica de sistemas constituye un método útil para
obtener respuestas, a través de la
simulación de
Dinámica de sistemas
PÁGS 14-15
•
Estudia las relaciones causales
•
Relación causal; relación causa – efecto entre elementos
o variables de un sistema
•
Las relaciones causales pueden ser:
1. SIMPLES 2. COMPLEJAS
Dinámica de sistemas
PÁGS 14-15
•
R. SIMPLES
o Directas (positivas). Si aumenta A causa un aumento de B. Recíprocamente si disminuye A, disminuye B.
Ejemplos
Lluvia y caudal de los ríos
Masa vegetal y materia orgánica +
Dinámica de sistemas
PÁGS 14-15
•
R. SIMPLES
Dinámica de sistemas
PÁGS 14-15
•
R. SIMPLES
– Inversas (negativas). Si aumenta A disminuye B o si disminuye A aumenta B
Ejemplos
Masa vegetal y erosión del suelo -
Dinámica de sistemas
PÁGS 14-15
•
R. SIMPLES
– Encadenadas. Aparecen más de dos variables interrelacionadas. Interesa reducirlas a una sola relación:
• Nº de r. inversas par (incluye el 0) relación resultante + • Nº de r. inversas impar relación resultante -
Ejemplo.
Relación directa (positiva)
Ejemplo.
Relación directa (positiva)
+
+
Ejemplo.
Relación inversa (negativa)
Variables: Lluvia, pastos, contaminación, agua, vacas y alimentación humana.
Dinámica de sistemas
PÁGS 14-15
•
R. COMPLEJAS
o
Acciones de un elemento sobre otro que a su vez
actúan sobre el primero
o
El resultado es un conjunto de relaciones
encadenadas en círculo
denominados bucles de
retroalimentación
Dinámica de sistemas
PÁGS 14-15
R. COMPLEJAS
•
Bucles de retroalimentación positiva
o La causa aumenta el efecto y el efecto aumenta la causa.
o Se establecen en cadenas cerradas que tienen un número par de relaciones inversas (0 es par)
o Implican crecimiento descontrolado de un sistema
(comportamiento explosivo, crecimiento exponencial) que lo
desestabiliza. Supone recursos ilimitados
Dinámica de sistemas
PÁGS 14-15
R. COMPLEJAS
•
Bucles de retroalimentación negativa (homeostáticos)
o Al aumentar A aumenta B, pero el incremento de B hace disminuir A (la causa aumenta el efecto, pero el efecto disminuye la causa)
o Tienden a estabilizar sistemas (se autoregula, se autocontrola)
o Nº de relaciones negativas impar
Dinámica de sistemas
PÁGS 14-15
•
R. COMPLEJAS
– Bucles de retroalimentación negativa (homeostáticos)
Dinámica de sistemas
PÁGS 14-15
•
Sistema de crecimiento de población suele estar
regulado por ambos bucles
•
Ejemplo; Evolución temporal del nº individuos en una
población
– El número de individuos de una población está regulado por un bucle positivo y uno negativo.
Dinámica de sistemas
PÁGS 14-15
•
Ejemplo; Evolución temporal del nº individuos en una
población
o
Potencial biótico
r
es el resultado de
r
=TN-TM
o
Pueden ocurrir tres casos:
▪ Si r > 0, las entradas por nacimiento superan a las salidas por defunción, con lo que la población experimentará un
crecimiento.
▪ Si r < 0, las salidas superan a las entradas, con lo que la población presentará un declive.
▪ Si r = 0, las entradas y las salidas se igualan y se habla del crecimiento cero o estado estacionario. La población
permanecerá en equilibrio dinámico (aunque los individuos cambien, pues unos nacen y otros mueren).
Situación de homeostasis. Curva sigmoidea
o logística en S
Capacidad de carga “K”
(nº máximo de individuos que se pueden mantener en unas
determinadas condiciones ambientales)
Ejemplo; Evolución temporal del nº individuos en una
población
Dinámica de sistemas
PÁGS 14-15
Diagrama causal (pág. 15)
Diagrama que muestra las relaciones causales entre elementos o variables del sistema
Cómo construir un diagrama causal (pág. 15)
1. Identificar y nombrar variables, evitando decir “aumento” o “reducción” (p.ej “temperatura”, no “aumento de
temperatura”)
2. Identificar causas y efectos directos entre variables 3. Unir variables con flechas
4. Asignar signos a cada relación, comparando su funcionamiento con la realidad
5. Identificar los bucles resultantes e indicar su signo, evitando bucles ficticios
EJERCICIO
Diseña un diagrama causal con las siguientes variables y
cambia el orden de los datos según tu lógica: lluvia
pastos, contaminación, agua, vacas y alimentación
humana
Explica como repercute cada una de las variables sobre
la alimentación de las personas
EJERCICIO
Los incendios forestales constituyen un grave problema ambiental en España. Cada verano desaparecen muchas
hectáreas de bosque y dejan el suelo desprotegido y vulnerable a la erosión. Como consecuencia, se pierde el agua que el suelo retenía y causa una sequía en la zona, que la hace más
susceptible a los incendios.
Indica las seis variables del sistema tal como está explicado, diseña el diagrama causal correspondiente y explica el tipo de bucle que se forma y sus consecuencias
La Tierra como sistema
La Tierra como sistema
•
Básicamente la
Tierra se comporta como un sistema
cerrado
(no intercambia materia, salvo en choque de
asteroides, etc.)
•
Formado por 4 subsistemas que cambian en el tiempo:
– Biosfera. Seres vivos, cambian por evolución y sucesión ecológica
– Geosfera. Modificación continua de geosfera por AGE y AGI
– Hidrosfera.
– Atmósfera. Originalmente reductora (CO2, otros gases), en la
La Tierra como sistema
•
En el estudio de la Tierra como sistema, es necesario
tener en cuenta
(pág. 18)
– 1er principio de termodinámica. La energía total que
contiene un sistema aislado se mantiene constante (ppio de conservación de la energía). Sí hay transformaciones de E, pero la cantidad total no varía
– 2ª ley de la termodinámica. En cualquier transferencia de energía una parte de energía se convierte en no utilizable, pasando a una forma más dispersa y desorganizada
(entropia). Aumenta la entropia (el grado de desorden)
– Ejemplo; Río. Curso alto – curso medio – curso bajo – Desembocadura (aumenta la entropia)
La Tierra como sistema
•
A pesar de los cambios de la
Tierra
en sus
subsistemas posee
mecanismos de autorregulación
.
Basados en bucles de retroalimentación negativos
•
Un ejemplo
son los
sistemas de regulación de la
Ejemplo de sistemas ambientales
Sistemas de autorregulación del
clima terrestre
MODELOS DE LA TIERRA COMO
SISTEMA CAJA NEGRA
MODELOS DE LA TIERRA COMO
SISTEMA CAJA BLANCA
Modelo completo del clima
• Provocado por ciertos gases: vapor de agua, CO2, CH4, N2O.
• Mayor efecto invernadero, mayor temperatura
Efecto invernadero
Efecto albedo
• Albedo; porcentaje de la radiación solar reflejada por la tierra, del total de energía solar que recibe.
• Superficie terrestre más oscura; MENOR albedo
Nubes
•
Doble acción:
o Aumentan el albedo (nubes bajas) Disminuye la Tª (reflejan hacia el espacio exterior la radiación incidente)
o Incrementan el efecto invernadero (nubes altas) Aumenta la Tª
•
El efecto albedo es más evidente sobre la temperatura (en
términos absolutos, la nubosidad supone un ligero descenso
de Tª)
Modelo funcionamiento del clima teniendo en
cuenta albedo, nubes y efecto invernadero
Dos bucles antagónicos: Equilibrio dinámico
Polvo atmosférico
•
Provocado por:
- Emisiones volcánicas - Meteoritos - Contaminación atmosféricaEfecto de volcanes sobre el clima
• También pueden provocar un doble efecto:
Descenso de la Tª: Al inyectar polvo (mayor albedo)
Efecto de la biosfera sobre clima terrestre
• Reducción de los niveles de CO2 (por fotosíntesis) transformación
en materia orgánica y almacenaje en biomasa y combustibles fósiles.
• Disminuye efecto invernadero Descenso de Temperatura
• Aparición de O2 atmosférico.
• Formación de la capa de ozono.
Efectos antrópicos sobre el clima terrestre
• Deforestación - fotosíntesis + CO2 + efecto invernadero + Tª
• Contaminación por gases de efecto invernadero + Tª
• Contaminación por polvo y partículas + albedo - Tª
En cualquier caso, es más persistente el efecto del aumento de
temperatura pues las partículas antrópicas que contribuyen al albedo caen con la lluvia y desaparece el efecto.
En términos globales, se considera que las actividades humanas contribuyen al calentamiento terrestre.
Hipótesis GAIA
•
Teoría explicativa del químico James Lovelock
•
El planeta Tierra funciona como un sistema
autoorganizado capaz de mantenerse y autorregularse
o La Tierra se comporta como un organismo vivo
o El planeta Tierra y la vida han coevolucionado y se han influido mutuamente.
o El planeta tiene capacidad de control del ambiente físico-químico (Homeostasis)
EJERCICIO
1. En el sencillo modelo de funcionamiento del clima terrestre que se acompaña, comente las relaciones causales (directas, inversa,
encadenadas) entre cada uno de los componentes, insertando los signos (+) o (–) donde corresponda.