01 ma y dinámica de sistemas

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

CONFERENCIA DE LAS NACIONES UNIDAS

ESTOCOLMO 1972

IMPORTANCIA DE LA INTERACCIÓN

GEOSFERA

HIDROSFERA

ATMÓSFERA

BIOSFERA

ANTROPOSFERA

INTERACCIÓN

GEOSFERA

HIDROSFERA

ATMÓSFERA

BIOSFERA

ANTROPOSFERA

RECURSOSRIESGOS

IMPACTOS

OBJETIVO DEL ESTUDIO DE LAS CIENCIAS MEDIOAMBIENTALES

ESTABLECER UN CUERPO DE CONOCIMIENTOS CIENTÍFICOS

CONSEGUIR UN CAMBIO DE PERSPECTIVA (CONCIENCIACIÓN)

CARACTERÍSTICAS DE LAS CIENCIAS MEDIOAMBIENTALES

UTILIZACIÓN DE CONOCIMIENTOS DE LAS CIENCIAS REDUCCIONISTAS (MÉTODO CIENTÍFICO)

ENFOQUE SISTÉMICO –HOLÍSTICO- (TEORÍA DE SISTEMAS)

MÉTODOLOGÍA INTERDISCIPLINAR

ENFOQUE NECESARIO PARA ACOMETER EL ANÁLISIS DE LOS PROBLEMAS AMBIENTALES

VISIÓN HOLÍSTICA

EDUCACIÓN MEDIOAMBIENTAL

REDUCCIONISMO HOLISMO

REDUCCIONISMO

BASADO EN EL MÉTODO CIENTÍFICO:

FRAGMENTACIÓN DEL OBJETO DE ESTUDIO EN PARTES SIMPLES PARA PODER ANALIZARLAS POR SEPARADO

OBSERVACIÓN

INFORMACIÓN

FORMULACIÓN DE HIPÓTESIS

COMPROBACIÓN EXPERIMENTAL

TRABAJO DE LABORATORIO

TRATAMIENTO DE LOS DATOS

CONCLUSIONES

COMUNICACIÓN DE RESULTADOS

LEYES Y TEORÍAS DEBEN SER:

CONJUNTO DE LEYES QUE EXPLICAN UN FENÓMENO GENERALES

COMPROBADAS

HIPÓTESIS QUE SE HA COMPROBADO QUE SE VERIFICA MATEMATIZADAS

HOLISMO

ESTUDIO DE LA GLOBALIDAD DEL OBJETO DE ESTUDIO Y DE LAS RELACIONES ENTRE SUS PARTES SIN DETENERSE EN DETALLES

PROPIEDADES EMERGENTES

METODOLOGÍA DEL ANÁLISIS HOLÓSTICO

MODELOS DE SISTEMAS

MODELOS DE DINÁMICA DE SISTEMAS

MODELOS

VERSIONES SIMPLIFICADAS DE LA REALIDAD

ELIMINACIÓN DE DETALLES IRRELEVANTES

MANTENIMIENTO DE LOS ASPECTOS MENSURABLES QUE INTERESEN EN EL ESTUDIO (VARIABLES)

LOS MODELOS NO SON LA REALIDAD

LOS MODELOS NO SON APLICABLES FUERA DEL ENTORNO PARA EL QUE FUERON FORMULADOS.

LOS MODELOS PUEDEN SER:

MENTALES (ANALÓGICOS)

FORMALES (MATEMÁTICOS O DIGITALES)

APROXIMACIONES ÚTILES PARA REPRESENTAR UNA REALIDAD CONCRETA MEDIANTE ECUACIONES QUE ASOCIAN LAS DIFERENTES VARIABLES DEL MODELO

ESTABLECEN PREDICCIONES CON GRAN EXACTITUD

TIPOS DE VARIABLES EN LOS MODELOS MATEMATIZADOS

DE FLUJO

REPRESENTAN UN PROCESO QUE OCURRE A LO LARGO DEL TIEMPO Y QUE IMPLICA FLUJO DE MASA, ENERGÍA, RECURSOS O INFORMACIÓN.

SI ASIGNAMOS UNA UNIDAD DE MEDIDA SIEMPRE APARECE EL TIEMPO

EJ. M3/KM2/AÑO DE EROSIÓN POR ESCORRENTÍA

DE NIVEL

REPRESENTAN UNA CANTIDAD DE CIERTA CLASE DE MASA, ENERGÍA, RECURSOS O INFORMACIÓN

EN LA MEDIDA NO APARECE EL TIEMPO

EJ. º C DE TEMPERATURA

SISTEMAS

CONJUNTO DE PARTES OPERATIVAMENTE INTERRELACIONADAS EN EL QUE UNAS ACTÚAN SOBRE OTRAS Y DEL QUE INTERESA EL COMPORTAMIENTO GLOBAL

ES ALGO MÁS QUE LA SUMA DE LAS PARTES, YA QUE DE LAS INTERACCIONES ENTRE ELLAS SURGEN LAS PROPIEDADES EMERGENTES (AUSENTES EN EL ESTUDIO DE LAS PARTES POR SEPARADO).

DINÁMICA DE SISTEMAS

OBSERVACIÓN Y ANÁLISIS DE RELACIONES ENTRE LAS PARTES DEL OBJETO DE ESTUDIO RECURRIENDO AL USO DE MODELOS

MODELOS DE SISTEMAS

CAJA NEGRA:

ABIERTOS

CERRADOS

AISLADOS

CAJA BLANCA:

SIMPLES

DIRECTOS

INVERSOS

ENCADENADOS

COMPLEJOS

DE REFUERZO

HOMEOSTÁSICOS

MODELOS DE SISTEMAS CAJA NEGRA

NO NOS INTERESA CONOCER EL FUNCIONAMIENTO DEL INTERIOR DEL SISTEMA SINO SUS ENTRADAS Y SALIDAS

SISTEMA

FRONTERAS

SALIDASENTRADAS

TIPOS DE SISTEMAS CAJA NEGRA

ABIERTOS: ENTRA Y SALE MATERIA Y ENERGÍA

CERRADOS: ENTRA Y SALE SOLO ENERGÍA

AISLADOS: NO ENTRA NI SALE MATERIA O ENERGÍA

ENERGÍA EN LOS SISTEMASENERGÍA EN LOS SISTEMAS

LEYES DE LA TERMODINÁMICA

1ª LA ENERGÍA NI SE CREA NI SE DESTRUYE, SÓLO SE TRANSFORMA

E. ENTRADA = E. SISTEMA + E. SALIDA

2ª EN CADA TRANSFORMACIÓN ENERGÉTICA HAY DEGRADACIÓN (TENDENCIA AL DESORDEN)

ENTROPIA

MODELOS DE SISTEMAS CAJA BLANCA

NOS INTERESA CONOCER EL FUNCIONAMIENTO DEL INTERIOR DEL SISTEMA. PARA ELLO HAY QUE IDENTIFICAR LAS VARIABLES QUE LO COMPONEN Y RELACIONARLAS (DIAGRAMA CAUSAL)

SISTEMA

TIPOS DE SISTEMAS CAJA BLANCA

SIMPLES: UNA VARIABLE INFLUYE SOBRE OTRA VARIABLE

A B

DIRECTAS

A B

INVERSAS

A B

ENCADENADAS

AA A A A

SIGNOSSIGNOS

SEGÚN EL NÚMERO DE RELACIONES INVERSAS EXISTENTES:

PAR RELACIÓN POSITIVA

IMPAR RELACIÓN NEGATIVA

TALA EROSIÓN SUELO+ -

OTRA NOTACIÓN

RELACIÓN NEGATIVAEN LA RELACIÓN LA PRIMERA VARIABLE SIEMPRE SE PLANTEA EN POSITIVO.

COMPLEJOSCOMPLEJOS

CUANDO EL ÚLTIMO SISTEMA ACTÚA SOBRE EL PRIMERO:

BUCLES DE REALIMENTACIÓN

FORMACIÓN DE CADENAS CERRADAS

BUCLES DE REALIMENTACIÓN POSITIVA (BUCLES DE REALIMENTACIÓN POSITIVA (DE REFUERZO)DE REFUERZO)

A B

+

+

CADENAS CERRADAS CON UN NÚMERO PAR DE RELACIONES NEGATIVAS

TENDENCIA EXPLOSIVA

DESESTABILIZACIÓN DEL SISTEMA

+

BUCLES DE REALIMENTACIÓN NEGATIVA (BUCLES DE REALIMENTACIÓN NEGATIVA (HOMEOSTÁSICO)HOMEOSTÁSICO)

A B

+

-

CADENAS CERRADAS CON UN NÚMERO IMPAR DE RELACIONES NEGATIVAS

TENDENCIA REGULADORA

ESTABILIZACIÓN DEL SISTEMA

-

ERRORES COMUNES EN LA REALIZACIÓN DE DIAGRAMAS CAUSALES

INVERTIR EL SENTIDO DE LOS SIGNOS

LAS VARIABLES DETERMINANTES O NO HAN DE UTILIZARSE EN TODO EL DIAGRAMA CON EL MISMO SIGNO

TEMPERATURA + TERMOSTATO

- - +

REFRIGERADOR

AUMENTO DE TEMPERATURA (NUNCA DESCENSO)

ACTIVACIÓN DE TERMOSTATO (NUNCA INACTIVACIÓN)

ACTIVACIÓN DE REFRIGERADOR (NUNCA INACTIVACIÓN)

USO DE VARIABLES NO CUANTIFICABLES O NO SENSIBLES AL CAMBIO

LAS VARIABLES DEBEN POSEER NOMBRES QUE SUGIERAN CANTIDAD O SENSIBILIDAD AL CAMBIO

VARIABLES QUE INCORPORAN POLARIDAD

EL NOMBRE DE LA VARIABLE NO DEBE SUGERIR INCREMENTO NI DECREMENTO

EJ. AUMENTO DE TEMPERATURA

RELACIÓN DE VARIABLES VS. HIPÓTESIS DINÁMICA

RELACIÓN DE VARIABLES Y PLANTEAMIENTO DE CICLOS:

DEBEN EXPLICAR EL FENÓMENO QUE SE ANALIZA

EJ. COEFICIENTE DE DILATACIÓN ?

CAUSALIDADES REDUNDANTES

LAS CAUSALIDADES PARA MOSTRAR UN EFECTO DEBEN SER ÚNICAS

EJ. ENERGÍA CALÓRICA ?

NIVEL DE AGREGACIÓN

EL DIAGRAMA DEBE SER ACORDE CON LA SITUACIÓN:

COMPLEJO: GRANDE

SIMPLE: PEQUEÑO

EJ. AGITACIÓN DE LAS MOLÉCULAS?

ENERGÍA DEL REFRIGERADOR?

ETC.

DIAGRAMAS CAUSALES SIN DINÁMICA

LOS DIAGRAMAS CERRADOS DEBEN PRESENTAR RELACIONES QUE PERMITAN LA REALIMENTACIÓN

MODELOS DE REGULACIÓN DEL CLIMA

TERRESTRE

SISTEMA CAJA NEGRA

CERRADO

SISTEMA CAJA BLANCA

INTERACCIÓN ENTRE SUBSISTEMAS

ATMÓSFERA

HIDROSFERA

GEOSFERA

BIOSFERA

PREDICCIONES DESDE DIAS HASTA MILES DE AÑOS

ANÁLISIS MEDIANTE LA FORMACIÓN DE

DIAGRAMAS CAUSALES

ESTUDIO DE LAS VARIABLES Y SUS RELACIONES EN EL INTERIOR DEL SISTEMA

EFECTO INVERNADERO

CONCENTRACIÓN DE GASES DE EFECTO INVERNADERO

EFECTO INVERNADERO

TEMPERATURA

+

+

SISTEMA CAJA BLANCA SIMPLE ENCADENADO

ALBEDO

SUPERFICIE HELADA

ALBEDO

TEMPERATURA+

-

SISTEMA CAJA BLANCA COMPLEJO DE REFUERZO

-

+

NUBES

EFECTO INVERNADERO

NUBES ALBEDO

+

-

NUBES BAJAS: AUMENTAN EL ALBEDO

NUBES ALTAS: AUMENTAN EL EFECTO INVERNADERO

SUPONIENDO UN FLUJO DE RADIACIÓN SOLAR CONSTANTE SE PUEDE ELABORAR UN MODELO SENCILLO DEL FUNCIONAMIENTO DEL CLIMA TERRESTRE A PARTIR DE LAS TRES VARIABLES ANALIZADAS

CONCENTRACIÓN DE GASES DE EFECTO INVERNADERO

NUBES

EFECTO INVERNADERO

+-

+

SUPERFICIES HELADAS

ALBEDO

TEMPERATURA +

-

+

+

-+

+

+

RI

+

POLVO ATMOSFÉRICO

POLVO Y PARTÍCULAS EN SUSPENSIÓN EN LA ALTA ATMÓSFERA PROVOCAN UN EFECTO INVERNADERO INVERTIDO

POLVO ATMOSFÉRICO

ALBEDO TEMPERATURA+

-

-

RADIACIÓN SOLAR INCIDENTE

FOTOSÍNTESIS-

VOLCANES

VULCANISMOPOLVO

SO2 BRUMAS Y H2SO4+

+

EFECTO INVERNADERO

ALBEDO

-

+

+

+

+

TEMPERATURA

CO2

A MAYOR ALTITUD MÁS TIEMPO EN LA ATMÓSFERA DE DOS A SEIS AÑOS.

GRAN PERMANENCIA EN LA ATMÓSFERA

DESCENSO DE TEMPERATURA A CORTO PLAZO

AUMENTO DE TEMPERATURA A LARGO PLAZO

INTEGRANDO LAS CINCO VARIABLES TRATADAS:

CONCENTRACIÓN DE GASES DE EFECTO INVERNADERO

NUBES

EFECTO INVERNADERO

+-

+

SUPERFICIES HELADAS

ALBEDO

TEMPERATURA +

-

+

+

-+

+

+

RI

+

CO2 ATMOSFÉRICO POLVO Y SO2

ERUPCIONES VOLCÁNICAS

RADIACIÓN REFLEJADA

+

+

++

+

EL FLUJO DE RADIACIÓN SOLAR EN REALIDAD NO ES CONSTANTE SINO QUE HA SUFRIDO VARIACIONES PERIÓDICAS Y VARIACIONES GRADUALES A LO LARGO DEL TIEMPO

VARIACIONES PERIÓDICAS

LA RADIACIÓN SOLAR INCIDENTE NO ES CONSTANTE SINO QUE EXPERIMENTA VARIACIONES PERIÓDICAS A MUY LARGO PLAZO

CICLOS DE MILANKOVITCH

BASADOS EN:

EXCENTRICIDAD DE LA ÓRBITA TERRESTRE (100.000 A)

INCLINACIÓN DEL EJE TERRESTRE (41.000 A)

RELACIÓN PERIHELIO-HN (23.000 A)

INCIDENCIA SEGÚN TECTÓNICA

VARIACIONES DE LA RADIACIÓN SOLAR INCIDENTEVARIACIONES DE LA RADIACIÓN SOLAR INCIDENTE

ASTRONÓMICAS:

CICLOS DE MILANKOVITCH

EXCENTRICIDAD DE LA ÓRBITACADA 100.000 AÑOS:

ÓRBITA ELIPSOIDAL ÓRBITA CIRCULAR

CUANTO MÁS ALARGADA ES LA ELIPSE MÁS CORTAS SON LAS ESTACIONES QUE SE

RELACIONAN CON LOS SOLSTICIOS

CUANTO MÁS CIRCULAR ES LA ELIPSE MÁS DILATADAS SON LAS ESTACIONES QUE SE

RELACIONAN CON LOS SOLSTICIOS

INCLINACIÓN DEL EJECADA 41.000 AÑOS:

DESPLAZAMIENTO DEL EJE DESDE:

0º HASTA 24º

ACTUALMENTE A 23º 27’ Y CON TENDENCIA A TUMBARSE

CUANTO MÁS VERTICAL ESTÁ EL EJE MENOR ES LA ESTACIONALIDAD

CUANTO MÁS INCLINADO ESTÁ EL EJE MAYOR ES LA ESTACIONALIDAD

POSICIÓN DEL PERIHELIOCADA 23.000 AÑOS:

RETRASO DE UNA ÓRBITA COMPLETA DEL PLANETA EN SENTIDO CONTRARIO AL DE LA ÓRBITA:

ACTUALMENTE EL PERIHELIO COINCIDE CON EL INVIERNO EN EL HM

PERIHELIO

CUANDO EL PERIHELIO COINCIDE CON EL SOLSTICIO DE VERANO, EL AFELIO COINCIDE CON

EL SOLSTICIO DE INVIERNO

ESTACIONES RIGUROSAS

CUANDO EL PERIHELIO COINCIDE CON EL SOLSTICIO DE INVIERNO, EL AFELIO COINCIDE CON

EL SOLSTICIO DE VERANO

ESTACIONES SUAVES

LA CONJUNCIÓN DE LOS DISTINTOS FACTORES

ASTRONÓMICOS DAN LUGAR A DIFERENTES SITUACIONES

CLIMÁTICAS

EJEMPLO: GLACIACIÓN

ÓRBITA ELÍPTICA

EJE POCO INCLINADO

INVIERNOS EN HEMISFERIO CONTINENTAL COINCIDENTES CON EL AFELIO

ASTRONÓMICAS:

MANCHAS SOLARES

VARIACIONES EN LAS MANCHAS SOLARES:

CICLOS DE 11 AÑOS (MÍNIMAS A MÁXIMAS)

A SU VEZ:

CICLOS DE 80 A 180 AÑOS.

RELACIÓN CON CAMBIOS CLIMÁTICOS:

INFLUENCIA EN LAS ALTERACIONES DE LA NAO

NIÑO

NIÑA

GEOLÓGICAS

TECTÓNICA

COINCIDENCIA DE GRANDES GLACIACIONES CON AGRUPAMIENTOS CONTINENTALES

PRECAMBRICA 800 MA. PANGEA I

CARB.- PÉRMICA 300 MA. PANGEA II

ADEMÁS

ORD. – SILÚRICA 450 MA.

CUATERNARIAS 1,6 MA.

DESDE HACE 800.000 AÑOS UNA GLACIACIÓN CADA 100.000 AÑOS

(RELACIÓN CON LOS NIVELES DE CO2)

HACE 10.000 AÑOS TERMINÓ LA ÚLTIMA GLACIACIÓN

CAMBIOS CLIMÁTICOS DURANTE EL PASADO

GEOLÓGICO

VARIACIONES GRADUALES

SEGÚN EL SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA:

LA ENERGÍA SE DEGRADA CON EL TIEMPO

A MEDIDA QUE SE DEGRADA LA ENERGÍA SE VA DESPRENDIENDO MÁS CALOR

SE CALCULA QUE LA ENERGÍA SOLAR ES UN 30% MÁS CALÓRICA EN LA ACTUALIDAD QUE ANTES DE LA

APARICIÓN DE LA VIDA EN NUESTRO PLANETA

INFLUENCIA DE LA BIOSFERA

LA TEMPERATURA DEL PLANETA VIENE AUTORREGULADA POR LA INTERACCIÓN DE LOS DISTINTOS SUBSISTEMAS

(LOVELOCK-GAIA-)

SISTEMA HOMEOSTÁSICO

LA BIOSFERA DESEMPEÑA UN PAPEL FUNDAMENTAL AL REBAJAR LOS NIVELES DE CO2 Y DE TAL MODO REDUCIR LA

TEMPERATURA

ATMÓSFERA PRIMITIVA

CO2 (20%)

ABUNDANCIA DE H2 (NH3, CNH)

CH4

ABUNDANCIA DE N3

+

EFECTO INVERNADERO

ESTO COMPENSABA EL 30 % MENOS DE ENERGÍA SOLAR DESPRENDIDA

PROCESO DE REDUCCIÓN DE CO2

3.500 MA.: APARICIÓN DE LA VIDA

3.000 MA: APARICIÓN DE LOS PROCARIOTAS AUTÓTROFOS

CO2 ATMOSFÉRICO CO2 BIOMASA

GEOSFERA

HIDROSFERA

CO2 + H2O GLUCOSA + O2

LA REACCIÓN INVERSA ES LENTA Y DEPENDE DE LA FOTOSÍNTESIS

GLUCOSA + O2 CO2 + H20

HOY 0,03 % EN LA ATMÓSFERA

E

LUZ

E (ATP)

PROCESO DE AUMENTO DE O2

3.500 MA.: APARICIÓN DE LA VIDA

3.000 MA: APARICIÓN DE FOTOSÍNTESIS

HIDRÓLISIS DE H20

LIBERACIÓN DE O2 AL OCEÁNO

O2 EN AGUA DEPÓSITOS DE ÓXIDOS Fe Y S

2.000 MA: SATURACIÓN

LIBERACIÓN A LA ATMÓSFERA

AUMENTO DE LA CONCENTRACIÓN HASTA EL 21% ACTUAL

PROCESO DE FORMACIÓN DEL O3

EL AUMENTO DE O2 EN LA ATMÓSFERA PROVOCÓ LA POSIBILIDAD DE LA FORMACIÓN DE LA CAPA DE OZONO

700 MA

PROTECCIÓN DE LA RADIACIÓN UVA

GRAN PROLIFERACIÓN DE GRUPOS BIÓTICOS (40 x 10e6 SP)

PROCESO DE INCREMENTO DE N3

A PARTIR DE LAS REACIONES METABÓLICAS DE LOS ORGANISMOS MEDIANTE LA UTILIZACIÓN DE LOS ÓXIDOS NITROGENADOS PRESENTES EN EL MEDIO, HUBO UNA ELEVACIÓN PROGRESIVA DEL NITRÓGENO LIBRE EN LA ATMÓSFERA HASTA ALCANZAR EL 78% ACTUAL

EFECTO DE LA BIOSFERA SOBRE EL CLIMA TERRESTRE

FOTOSÍNTESIS

NUBES

EFECTO INVERNADERO

+-

+

SUPERFICIES HELADAS

ALBEDO

TEMPERATURA +

-

+

+

-+

+

+ RI

+

CO2 ATMOSFÉRICO POLVO Y SO2

ERUPCIONES VOLCÁNICAS

RADIACIÓN REFLEJADA

+

+

++

+

ALMACEN DE CO2

-

-+