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Tema1Tema1El MEDIO El MEDIO AMBIENTEAMBIENTE
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.
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.
EL ESTUDIO DE MEDIO AMBIENTE
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.
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.
SISTEMAS Y DINÁMICA DE 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.
CARACTERÍSTICAS DE LOS SISTEMAS
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 partesLos 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.
La relación entre presas y depredadores expresada de forma gráfica tiene la siguiente forma:
Ejemplo modelo formal: Modelo depredador-presa
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.
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.
MODELOS DE SISTEMAS DE CAJA BLANCA
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.
Encadenadas: cuando hay varias variables unidas.
Inversas:Si aumenta A disminuye B o si disminuye A aumenta B
Relaciones simples:
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,
realimentación o feedback.
Pueden ser de dos tipos:
positivas y negativas
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
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.
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 se extingue
r > 0 la población crece exponencialmente
r = 0 la población se estanca
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
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
MODELO DEPREDADOR-PRESA
3. La interacción de depredadores y presas modula
la dinámica poblacional de ambos según el modelo
predador-presa 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) = A U H U B U G U C 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 de un suelo
iluminado, se 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 TemperaturaDescenso 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 TemperaturaAumento 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.
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).
Variaciones periódicas
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
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.
HIPÓTESIS GAIA (Lovelock)
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
Evolución de la atmósfera