Tema 1
Medio ambiente y teoría de
sistemas
Tema 1. Medio ambiente y teoría de
Definición de medio ambiente
“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
(definición Conferencia de las Naciones Unidas/Estocolmo (1972)
Conjunto de componentes Físico-químicos (atmósfera, hidrosfera y geosfera) Biológicos (biosfera) Sociales (Humanidad o antroposfera)
causantes de efectos directos o indirectos sobre
Seres vivos Actividades humanas
El medio natural incluye todos los subsistemas del sistema Tierra. El medio ambiente incluye además el sistema socioeconómico (medio humano y hombre).
Los diversos tipos de componentes influyen en el medio ambiente de modo distinto:
1. Físicos: El relieve, la temperatura y la presencia de agua son los principales factores físicos que determinan las características ambientales.
2. Químicos: La salinidad, el pH del agua, la concentración del oxígeno y dióxido de carbono, etc. que favorecen o impiden el desarrollo de determinados seres vivos.
3. Biológicos: Los seres vivos establecen distintos tipos de relaciones entre ellos principalmente de tipo alimentario. La supervivencia de una especie depende de los seres vivos de los que se alimenta.
4. Sociales y culturales: Este grupo de factores es exclusivo de la especie humana. La forma de vida de los seres humanos influye tanto sobre las personas como sobre los otros seres vivos que les rodean.
Por ejemplo, el asentamiento de núcleos urbanos en zonas antiguamente rurales implica cambios en las actividades humanas y en los hábitos de vida que condicionan
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, interdisciplinar.
• Intervienen disciplinas tan diferentes como: Ecología, Economía, Sociología, Derecho, Biología, Geología, Física, Química, Matemáticas, Ingeniería, Arquitectura, Medicina y Geografía.
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Ciencias
Ambientales
Hidrología
Edafología
Botánica
Política
Zoología
Meteorología
Economía
Ingeniería
Derecho
¿CÓMO ESTUDIAR LOS PROBLEMAS AMBIENTALES?
1º ENFOQUE REDUCCIONISTA (MÉTODO ANALÍTICO)(MÉTODO CIENTÍFICO) :
”Consiste en dividir o fragmentar nuestro objeto de estudio en sus componentes más simples y observarlos por separado”
Problema Ambiental: la fuga radiactiva de Chernobil.
Para estudiar las causas del accidente, controlar y aminorar los efectos de la radiactividad sobre las personas y el medio se precisa la intervención de numerosos especialistas: físicos, químicos, biólogos, ecólogos, radiólogos, meteorólogos, etc.
Cada especialista emitirá un dictamen según su punto de vista que en muchos casos será contradictorio con el de otros colegas.
Serán los políticos, tras asesorarse de todos ellos, quienes deban de tomar las decisiones pertinentes acerca de evacuación de la población, control de la contaminación, retirada de tierra fértil contaminada, seguimiento de la contaminación, etc.
2º ENFOQUE HOLÍSTICO (MÉTODO SINTÉTICO, GLOBAL) :
“Trata de estudiar la globalidad y sus relaciones entres sus partes”
“No se detiene en los detalles”
Consecuencia
APARECEN
PROPIEDADES EMERGENTES
Un equipo de baloncesto es un sistema; antes de fundarse el equipo, los jugadores no formaban parte de un conjunto,
únicamente poseían destrezas individuales,
pero una vez formado, el conjunto adquiere nuevas destrezas, mientras que algunas que poseían los individuos
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.
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Reduccionismo
Trata de descomponer y analizar las partes de un todo, buscando
«lo más pequeño». (Método analítico) Holismo Consiste en analizar la totalidad, la globalidad de un sistema. (Método sintético)
Ambos enfoques son complementarios y deben apoyarse mutuamente para obtener la imagen más ajustada a la realidad.
Cuando tenemos un problema ambiental…..
- Nunca volvemos al estado original - Malas soluciones
- Lentas
CONCLUSIÓN...
QUE NO SE PRODUZCA LA ALTERACIÓN...
Y para eso es muy importante….. EDUCACIÓN AMBIENTAL
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Supongamos que tenemos un problema en la ciudad:
las ramas de los árboles de plazas, parques, avenidas
y jardines, espontáneamente o cuando sopla aire, se
desgajan, matando o hiriendo a los transeúntes
•
¿Cuáles pueden ser las causas?
•
Propón, de una manera razonada, posibles
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.
TEORÍA GENERAL DE SITEMAS
(ENFOQUE HOLÍSTICO)
SISTEMA
CONJUNTO DE OBJETOS QUE MANTIENEN RELACIÓN O INTERACCIÓNES
(INTERCAMBIO DE ENERGÍA, MATERIA, INFORMACIÓN) ENTRE SÍ Y CON SU ENTORNO
CONSECUENCIA APARECEN PROPIEDADES
EMERGENTES (están ausentes en el estudio de las partes por
¿Qué es un sistema?
Flujo de entrada Flujo de salida
Límite del sistema
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: trabajo en conjunto con resultados superiores a la suma del trabajo de cada componente)
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.
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Un sistema es más que la suma de las partes, las interrelaciones entre estas provocan la formación de propiedades emergentes, que no se aprecian en el estudio de las partes por separado
Esta forma de análisis mediante sistemas permite estudiar fenómenos de distinta complejidad desde el funcionamiento de una célula hasta el planeta Tierra
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Los sistemas más complejos están constituidos a su vez por subsistemas, y estos, a su vez, por componentes más sencillos
Tipos de sistemas
Según los intercambios de materia y energía pueden diferenciarse tres tipos de sistemas:
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.
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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)
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.
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LA ENERGIA EN LOS SISTEMAS
PRINCIPIOS TERMODINÁMICOS
• PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA: “CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA”: La energía no se destruye, sólo se transforma”
E E N N E T R R G A Í N A T E ENERGÍA ALMACENADA E S N A E L R I G E Í N A T E
La 2º ley de la Termodinámica
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 27 transformación ENTROPÍA (GRADO DE DESORDEN) consecuencia Energía dispersa desorganizada ENTROPÍA (GRADO DE DESORDEN)=> orden Energía organizada y concentrada
BAJA ENTROPÍA CALOR CO2 VAPOR DE AGUA MANTIENEN SU BAJA ENTROPÍA INTERIOR LIBERANDO AL ENTORNO AL RESPIRAR CO2 Y VAPOR DE AGUA (MOLÉCULAS DE ALTA ENTROPIA)
SERES VIVOS SON:
SISTEMAS ORDENADOS SISTEMAS ABIERTOS
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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.
La representación de los sistemas. Los
modelos
Estas representaciones se hacen mediante dibujos, esquemas o expresiones matemáticas.
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.
•
Un modelo no es una representación de la
realidad sino una simplificación de la misma.
•
No es aplicable fuera del entorno para el que
ha sido formulado.
Tipos de modelos
Mentales
Gráficos
Formales o matemáticos
De simulación por
ordenador
Modelos mentales
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Modelos
gráficos
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Modelos
gráficos
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sistemas 37
Modelos de simulación
por ordenador
MODELOS DE SISTEMAS O SISTEMAS
MODELO DE CAJA NEGRA
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sistemas 39
Es otra forma de utilizar modelos, atendiendo a lo que ocurre en el interior del sistema.
Modelo de caja negra
Interesan sólo las entradas y salidas de materia, energía e información en el sistema,
y no los elementos e interacciones que suceden en el interior.
Modelo de caja blanca
Se tienen en cuenta las entradas y las salidas, así como las interacciones, las conexiones interiores y las relaciones entre los posibles
subsistemas.
MODELOS DE SISTEMAS DE CAJA BLANCA y
NEGRA
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.
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sistemas 41
MODELO DE SISTEMAS DE CAJA BLANCA
“
Observamos el
interior
de un sistema.
Su representación forma un
diagrama causal
”
E N T R A D A S S A L I D A S A B C D E
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.
Tema 1. Medio ambiente y teoría de
Tipos de relaciones causales
Relaciones causalesSimples
Directas
Inversas
Encadenadas
Complejas Retroalimentación positiva Retroalimentación negativaREGLAS PARA LA ELABORACIÓN DE DIAGRAMAS CAUSALES
.
1. Las variables o factores se relacionan con flechas y signos (+) , (-)
Relación directa o positiva: “un aumento de A produce un aumento de B” / “una disminución de A produce una disminución de B”.
Relación inversa o negativa: “un aumento de A produce una disminución de B o viceversa”
Erosión + Colmatación
Relaciones causales simples
RELACIONES SIMPLES : Son cambios positivos o negativos representados por una flecha que une ambas variables. El signo se coloca sobre la flecha. 1. DIRECTAS O POSITIVAS: El cambio de una variable provoca un cambio en
la otra del mismo signo. Si una aumenta la otra también o viceversa. 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
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Precipitaciones Caudal de los ríos
+
Biomasa vegetal Materia
orgánica
+
Contaminación Número de
peces
-Biomasa vegetal Impacto de la lluvia
-Si es impar Relación
-Si es par (Cero es par) Relación +
Relaciones encadenadas: “formadas por una serie de variables unidas mediante flechas”
Se reducen a una sola relación:
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Tala del bosque Erosión
+
Cantidad suelo-Vegetación Erosión
-Cantidad suelo
-Contar el número de relaciones negativas
Si es par o cero: Relación positiva
Si es impar: Relación negativa
Relación negativa entre tala y suelo
Tala Bosque Erosión Colmatación
Volumen de Agua
+
+
-Tema 1. Medio ambiente y teoría de
sistemas 53
Deducir qué tipo de relaciones simples son las que siguen:
a) lluvia - caudal de los ríos
b) tala - erosión - calidad del suelo c) contaminación - vida
d) masa vegetal - impacto gotas e) masa vegetal - materia orgánica
f) población - tasa de natalidad g) construcción edificios - recursos naturales h) población - tasa de mortalidad
i) concentración gases - efecto invernadero - temp. terrestre j) utilización de recursos - impactos
Variables: Lluvia, pastos, contaminación, agua, vacas y alimentación humana.
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Relaciones complejas: bucles de
realimentación o retroalimentación
“
Una relacion causal que se cierra sobre sí
misma
”
TIPOS DE BUCLES
BUCLES DE REALIMENTACIÓN
POSITIVOS
•
Cadenas cerradas que tienen un número par
(o cero) de relaciones negativas
sedimentación tamaño obstáculo
(duna)
+
+
+
Refleja la potencialidad del sistema para crecer descontroladamente, por lo que se dice que presenta un comportamiento explosivo que desestabiliza los sistemas
Vegetación
Erosión
Cantidad suelo
+
Cuando la última variable influye en la primera, se habla de “feed-back» o retroalimentación
BUCLES DE REALIMENTACIÓN POSITIVA
En un sistema encadenado puede haber relaciones negativas intermedias pero si son en número par el resultado final es positivo.
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sistemas 59 Población de conejos Daños al cultivo Venenos Zorros Evapo-transpiración Precipitación Biomasa vegetal
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.
Cadenas cerradas que tienen un número impar de relaciones negativas
Este tipo de bucles tienden a estabilizar los sistemas, son estabilizadores u homeostáticos Depredadores Presas __
+
BUCLES DE REALIMENTACIÓN
NEGATIVOS
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
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Tema 1. Medio ambiente y teoría de sistemas 63 Nuevas carreteras Nuevos vehículos Atascos
•
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
Tema 1. Medio ambiente y teoría de
sistemas 67
Pregunta nº 6
En este diagrama causal se representan dos modelos A (si el sistema evoluciona hacia un aumento de la inflitración) y B (si evoluciona hacia un aumento de la escorrentía).
Coloca el signo que corresponda dependiendo de que las relaciones entre variables sean DIRECTAS (+), es decir, un aumento de un
parámetro implica el aumento del otro, mientras que una disminución genera otra; o INVERSAS (-), en las que los aumentos se corresponde con disminuciones.
¿Cuántos bucles de realimentación hay? Explica su funcionamiento.
MODELO A MODELO B
Precipitación
cubierta vegetal erosión
MODELOS DE REGULACIÓN DEL CLIMA
TERRESTRE
LA TIERRA COMO SISTEMA CAJA BLANCA
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EL EFECTO INVERNADERO
EL EFECTO ALBEDO
•
Porcentaje de la radiación solar reflejada por la tierra, del
total de energía solar que recibe.
Las nubes
•
Doble acción:
»
Aumentan el albedo (nubes bajas)
»
Incrementan el efecto invernadero (nubes
Tema 1. Medio ambiente y teoría de
sistemas 73
Modelo funcionamiento del clima
Polvo atmosférico
•
Provocado por:
- Emisiones volcánicas
- Meteoritos
- Contaminación
atmosférica
VOLCANES
•
También pueden provocar
un doble efecto:
Descenso de la Tª:
Al inyectar polvo.
Aumento de la Tª:
Por las emisiones de CO2.
VARIACIONES DE LA RADIACIÓN SOLAR
Excentricidad de la órbita
Inclinación del eje
INFLUENCIA DE LA BIOSFERA
•
Reducción de los niveles de CO2: transformación
en materia orgánica y almacenaje en
combustibles fósiles.
•
Aparición de 0
2atmosférico.
•
Formación de la capa de ozono.
•
Aumento del nitrógeno atmosférico
Tema 1. Medio ambiente y teoría de
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 agua Vegetación CO2 atmosférico Efecto invernadero Temperatura + + + __ __
1. Los modelos A y B representan dos posibles
consecuencias de un aumento de las precipitaciones en una cuenca hidrográfica. • a) Decide, razonadamente, si A y B representan retroalimentación positiva o negativa. • b) Cita al menos dos
factores que determinen el desarrollo de un
modelo u otro. ¿Cómo actúan esos factores? • c) Propón dos acciones o
medidas que favorezcan el modelo A. Explica cómo actuarían estas acciones. Aumento de precipitación Cubierta vegetal Infiltración Escorrentía Erosión
Tema 1. Medio ambiente y teoría de
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
LOS SISTEMAS AMBIENTALES
Tema 1. Medio ambiente y teoría de
sistemas 85
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.
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
Entre los sistemas humanos y los sistemas naturales se establecen interacciones.
Tema 1. Medio ambiente y teoría de
sistemas 87
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.
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.
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 elequilibrio.
La atmósfera y la biosfera también forman un sistema propositivo, ya que se autoregulan.
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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.
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